Какой электролит заливать в аккумулятор: Как выбрать электролит для автомобильного аккумулятора

Содержание

Что доливать в аккумулятор — воду или электролит!

Очень часто, многие автолюбители от незнания совершают ошибку, добавляя электролит в аккумулятор, когда в нем понижается уровень жидкости. Почему делать это можно только в самом крайнем случае - мы разберем в данной статье.

Аккумуляторы теряют часть воды из электролита во время работы и заряда, при этом, происходит снижение его уровня над пластинами и увеличивается концентрация (плотность) кислоты. Соответственно, низкий уровень электролита при эксплуатации аккумулятора отрицательно влияет на ресурс батареи.

Чтобы восстановить уровень электролита, необходимо долить в аккумулятор дистиллированную воду. Если делать это своевременно, тогда снижается отрицательное воздействие повышенной плотности электролита на ресурс батареи.

Электролит доливать можно лишь в том случае, когда есть полная уверенность в том, что часть электролита была потеряна.

В процессе кипения, серная кислота почти вся остается внутри аккумулятора, выходит только лишь кислород с водородом, поэтому вместо испарившейся воды мы добавляем дистиллированную воду.

Если во всех банках полностью заряженного аккумулятора плотность не поднимается до необходимого уровня, с большой вероятностью можно предположить, что это частичная сульфатация аккумуляторной батареи. Концентрация электролита уменьшается за счет кристаллизации серы на пластинах и аккумулятору понадобится срочное восстановление. Доливка электролита здесь не поможет.

Существуют разные причины, по которым падает уровень электролита в АКБ, и каждую из них нужно рассматривать отдельно. Не всегда достаточно долить воды в банки и на этом успокоиться, но главное это то, что доливать в аккумулятор нужно только дистиллированную воду.

Электролит добавляйте лишь в крайнем случае, если причиной его низкого уровня является выплескивание. При этом важно отметить, что электролит добавляется при той же температуре и той же плотности, что и оставшийся в банках.

Правильная эксплуатация АКБ и своевременная добавка в него дистиллированной воды позволит вам избежать необходимости восстановления емкости, а также увеличит срок эксплуатации данного устройства.

Компания «KRONVUZ» предлагает большой выбор высококачественного оборудования собственной разработки для обслуживания аккумуляторных батарей различного типа и назначения. В каталоге нашего сайта представлены зарядные, зарядно-десульфатирующие, а также зарядно-разрядные устройства, которые вы можете купить по выгодной цене производителя.


Рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:

Что подливать в современные АКБ: воду или электролит?

Большинство автомобилистов предпочитает покупать именно необслуживаемые аккумуляторы, они хороши тем, что не требуют к себе никакого внимания весь срок своей службы. Но кроме таких АКБ, в продаже доступны и классические – обслуживаемые батареи. За ними требуется регулярный уход, вот только не все водители умеют правильно это делать. Сегодня разберём, что нужно доливать в аккумулятор – электролит или дистиллированную воду.

Куда делся электролит?

В процессе работы аккумулятора из него постепенно испаряется электролит, что приводит к снижению его ёмкости, она начинает быстро разряжаться и не набирает полную зарядку. Стоит отметить, что электролит выкипает из всех типов аккумуляторов, даже из тех, которые не нуждаются в обслуживании. Практически во всех батареях производители предусматривают смотровое окошко, через которое можно контролировать уровень электролита - после испарения достаточного объёма происходит оголение свинцовых пластин. На обслуживаемых АКБ предусмотрены специальные крышки, открутив которые, вы можете посмотреть уровень жидкости и при необходимости долить.

Что долить в аккумулятор?

В большинстве случаев при уменьшении объёма электролита в аккумулятор добавляют дистиллированную воду. На дне батареи остаётся серная кислота, и, чтобы получить электролит, её необходимо разбавить водой. Процедура довольно простоя: покупаете в автомобильном магазине воду и доливаете её до уровня в аккумулятор. Но иногда это не помогает, и в этом случае в батарею нужно заливать уже готовый электролит. Такое бывает в случаях перезаряда АКБ из-за сломавшегося генератора. Это приводит к тому, что электролит начинает активно выкипать, и батарея остаётся буквально сухой. Тогда дистиллированная вода не поможет, и придётся доливать готовый электролит, его можно также купить в автомагазине.

После заливки дистиллированной воды или электролита обязательно нужно проверить его плотность при помощи ареометра. Нормальной плотностью для электролита считается 1,27 грамм/см3.

Фото: интернет-ресурсы

Доливать в аккумулятор электролит или дистиллированную воду

Как правило, необходимость доливать жидкость в аккумулятор возникает при следующих случаях:

1.       Испарение воды из аккумулятора, и как следствие, снижение уровня электролита вплоть до оголения пластин;

2.      Значительное вытекание электролита по причине плохой спайки крышки к корпусу батареи;

3.      Вытекание электролита из-за повреждения бокса аккумулятора, удара, прочее.

В первом случае - заливается только дистиллированная вода!

Во 2-м и 3-м случае – заливается электролит плотностью 1,26-1,28 г/см3 в соответствующую поврежденную банку АКБ!

В зависимости от повреждения батарею можно отремонтировать. Но, лучше всего это делать в мастерской сервиса.

Оголение пластин аккумулятора ведет к потере емкости автомобильной батареи, короблению свинцовых пластин, т.е. разрушению АКБ и быстрому выходу ее из строя.

Любой обычный кислотно-щелочной аккумулятор залит электролитом.

Электролит состоит из соотношения

-  серной кислоты

-  дистиллированной воды.

Соотношение жидкости составляет примерно 35% кислоты и 65% дистиллированной воды.

Меньшее или большее соотношение не желательно! Большее соотношение кислоты будет увеличивать концентрацию кислоты в аккумуляторе, а значит кислота будет разъедать пакеты свинцовых пластин, что влечет быстрый выход из строя АКБ.

Меньшее соотношение кислоты будет свидетельствовать о разряженности батареи и риск замерзания жидкости в зимнее время.

Плотность электролита – это и есть показатель соотношения концентрации кислоты и воды, который измеряется в граммах на сантиметр кубический.  Плотность можно измерить ареометром.

У полностью заряженной батареи при комнатной температуре плотность электролита составляет 1,27 – 1,28 г/см3.

Жидкость в аккумуляторе должна закрывать верхнюю часть пластин на 1,1-1,5 см.

Для доливки жидкости в обслуживаемый аккумулятор нужно просто выкрутить пробки из заливных отверстий АКБ и залить дистиллированную воду.

После доливки в аккумулятор дистиллированной воды в соответствующую секцию или секции АКБ, батарея заряжается до полной зарядки.

В необслуживаемый АКБ долить дистиллированную воду нельзя.

Стоит помнить, что любое повреждение корпуса является негарантийным случаем, когда гарантия производителя аннулируется.

Тем не менее, для решения подобных проблем всегда можно обратиться в специализированный сервис для оказания услуг.

Интернет-магазин "Первой аккумуляторной компании" 

Как залить электролит в аккумулятор автомобиля, как правильно это сделать

Существует целая наука, которая позволяет содержать АКБ в порядке. Но производители также не останавливают попытки пресечь самостоятельное обслуживание батарей. Сегодня многие аккумуляторы выпускаются в необслуживаемом корпусе. Все банки запаяны в пластиковом корпусе, добраться до них невозможно. В этом случае вы никак не сможете проверить или долить электролит для продления жизни АКБ.

Как выполнить проверку жидкости в батарее?

Чтобы восстановить обслуживаемый источник энергии в автомобиле, нужно правильно залить электролит в аккумулятор. Для этого сначала стоит выполнить проверку. С помощью специального прибора, ареометра. Это простое устройство проверяет жидкость на предмет плотности и позволяет сделать конкретные быстрые выводы о состоянии аккумулятора в вашем автомобиле.

Проверка выполняется достаточно просто. Вам нужно открутить одну из крышек аккумулятора с помощью большой крестовой отвертки, вставить рабочую часть ареометра в жидкость и подержать несколько секунд. С помощью специальной шкалы оборудование покажет уровень плотности, что и станет поводом для дальнейшей доливки нужного типа жидкости.

Признаки окончательной поломки: когда электролит уже не поможет?

  1. На корпусе аккумулятора появилась трещина, весь пластиковый корпус или его часть покрываются каплями с кислотным воздействием.
  2. Из крышек идет пар. В этом случае можно смело сдавать батарею на утилизацию и покупать новую, не стоит менять электролит.
  3. Корпус батареи изменил свою форму. Это может случиться из-за полного разрушения внутренней части, что приводит к отказу работы такой батареи.
  4. АКБ уже исполнилось более 5-7 лет. Современные аккумуляторы обычно не живут столько времени, так что при таком возрасте нужно просто менять устройство.
  5. Электролит внутри имеет темный цвет, а также измененную вязкость, это говорит о разрушении свинцовых пластин, которые не меняются и не ремонтируются.

Что потребуется для замены электролита в аккумуляторах?

Набор приборов и инструментов зависит от того, какой метод залива и слива вы будете использовать. Сразу заметим, что полностью менять электролит не имеет смысла. Если его состав уже сильно изменился, это говорит о приближающейся смерти батареи. Намного проще сразу купить новый аккумулятор и не переживать о том, что он может выйти из строя в любой момент.

Также выбор комплекта инструментов зависит от того, как электролит заливать в аккумулятор. Часто можно использовать готовые жидкости, которые продаются в автомобильных магазинах. Но готовый электролит может не подойти для вашего аккумулятора. Поэтому в большинстве случаев разбавляют жидкость в банках батареи дистиллированной водой. Правда, эта мера временная и не приносит устойчивого результата.

Как слить часть электролита из АКБ?

Если при проверке батареи вы заметили, что жидкость выше нормы, необходимо частично слить электролит с аккумулятора, чтобы обеспечить нормальную работу устройства. В этом случае вам придется выполнить такую работу:

  • возьмите шприц с достаточно большим объемом рабочей колбы;
  • погрузите рабочую часть шприца (без иголки) в емкость с электролитом;
  • втяните нужное количество жидкости в шприц;
  • аккуратно достаньте инструмент из аккумулятора;
  • слейте электролит без потерь в заранее подготовленную пластиковую емкость;
  • убедитесь, что теперь уровень оптимальный.

Также многие сливают жидкость с помощью резиновой груши. При выполнении этой работы важно соблюдать меры предосторожности и не разливать жидкость. Электролит опасен для здоровья человека, особенно, если он попадает на нежные участки кожи и слизистую.

Как залить новый электролит в аккумулятор?

С добавлением токсичных и ядовитых материалов в довольно маленькие отверстия автомобильной батареи у многих возникают сложности. Лучше всего использовать такой же метод со шприцом, который был описан выше. Но в этот раз электролит будет набираться из подготовленной емкости, а сливаться в аккумулятор. Обязательно проверьте плотность жидкости после выполнения всех процедур. Для этого добейтесь показателей на ареометре 1.25-1.3 г/см

3.

Как добавить дистиллированную воду в АКБ?

Выше мы рассмотрели, как залить электролит в аккумулятор. Делать это нужно в том случае, если плотность жидкости нормальная. Если же плотность повышена, значит разбавить рабочую среду нужно дистиллированной водой. Для этого можно выполнить самую простую заливку, стараясь не разливать воду из бутылки в подкапотном пространстве или по всему рабочему столу.

Заливка в этом случае простая, но нужно производить ее постепенно, чтобы не разбавить электролит слишком сильно. Доливайте понемногу и смотрите, как меняются показатели ареометра. Как только плотность придет в норму, прекратите доливку и проверьте уровень жидкости.

Итоги – когда стоит обслуживать автомобильный аккумулятор?

Процесс доливки жидкости в АКБ автомобиля достаточно сложен. Вам нужно убедиться в том, что плотность электролита соответствует заявленным нормам. Также проверьте уровень этого материала в АКБ. Нужно, чтобы пластины были полностью покрыты жидкостью слоем не менее 1 см. Если цвет электролита мутный, можно готовиться к покупке нового аккумулятора. Также любые физические повреждения корпуса говорят о скором выходе из строя.

Аккумуляторы, которые производитель сделал необслуживаемыми, невозможно проверить и долить в них электролит. Если вам удастся вскрыть их корпус, то герметично закрыть его уже не получится никогда. Будьте внимательны при обслуживании автомобильных батарей, чтобы продлить жизнь АКБ, а не вывести ее из строя окончательно.

Что доливать в аккумулятор: воду или электролит?

Электролит представляет собой жидкость состоящую из серной кислоты и дистиллированной воды. В некоторых ситуациях уровень электролита в аккумуляторе падает и требуется его нормализовать. В зависимости от причин снижения уровня в батарею доливают либо электролит, либо дистиллированную воду. Как же узнать, что именно залить в АКБ?

В аккумулятор доливают электролит, если падение его уровня вызвано повреждением корпуса, либо вытеканием при наклоне. В аккумулятор доливают дистиллированную воду в тех случаях, когда произошло ее выкипание (испарение), т.к. выкипает именно вода, а не серная кислота.

Как доливать дистиллированную воду

Для доливки воды требуется именно дистиллированная вода. Сырая вода из под крана, либо кипяченная не подходит, т.к. содержит в себе примеси, которые негативно сказываются на протекании химических процессов и даже способны ухудшить состояние батареи, т.к. примеси оседают на элементах батареи. Кипячение не удаляет из воды жесткие примеси, соли и металлы, кипячением можно только убить бактерии и микробов в воде.

Марка дистиллированной воды, которую будете заливать, значения не имеет. У батареи выкручиваются пробки и аккуратно доливается вода до уровня, который нанесен на моноблоке. Если моноблок не прозрачный, то доливают столько воды, чтобы скрыть электроды полностью, а запас воды сверху составлял не менее 1 см.

После процедуры доливки воды, батарею рекомендуется зарядить на зарядном устройстве. Полностью заряженная батарея будет иметь плотность 1,26-1,28. Если плотность значительно отличается, то что-то пошло не так и вам лучше обратиться к специалистам.

Как доливать воду в необслуживаемый аккумулятор без доступа к банкам

На практике без доступа в банки делают необслуживаемые аккумуляторы по кальциевой технологии, т.е. которые не требуют доливки жидкости на протяжении всего срока службы. Но случается, что при перезаряде выкипание все же происходит. Если доступа в аккумулятор нет, а долить жидкость нужно, то придется помучатся. Рекомендуется высверлить в крышке АКБ небольшие отверстия 2-4 мм. и в них шприцом аккуратно долить дистиллированную воду.

Что будет, если вместо воды долить электролит

Если в батарею требуется долить дистиллированную воду, а вы дольете электролит, то после зарядки батареи его плотность превысит 1,30 и содержание серной кислоты станет запредельным. Это приведет к ускоренной сульфатации пластин батареи и выходу его из строя. Аккумуляторы с повышенной плотностью существуют и используются на крайнем севере, чтобы в батареи не образовывался лед, но при этом сам аккумулятор в таком состоянии способен отработать не более 1 года.

Как доливать электролит в аккумулятор

Перед тем, как электролит в аккумулятор заливать, его требуется сначала приготовить. В батарею можно доливать только электролит плотностью 1,26-1,29. Корректирующий электролит плотностью 1,40 можно доливать лишь в том случае, когда залили дистиллированной воды больше, чем этого требовалось и плотность даже после зарядки не поднялась для рекомендованного значения. В продаже можно найти готовый электролит, который можно сразу доливать в банки батареи. Корректирующий электролит придется разбавлять дистиллированной водой. Здесь нужно быть предельно внимательный и соблюдать строгие правила техники безопасности. Есть один серьезный нюанс – электролит (серная кислота) тяжелее воды, поэтому воду доливают в электролит, а не наоборот. В противном случае процесс разбавления будет сопровождаться брызгами, которые могут попасть на оголенные участки кожи.

Замена электролита в аккумуляторе

Замена электролита в аккумуляторе – процедура не только бесполезная, но и наоборот вредная. Срок службы аккумулятора подходит к концу в основном из-за оплывания активной массы – она с пластин осыпается на дно аккумулятора в виде шлама. От этого электролит темнеет, а аккумулятор теряет емкость. Темные электролит — это следствие оплывания активной массы, а не причина выхода его из строя. Смена электролита не вернет аккумулятору емкость, но при этом способна убить батарею.

Дело в том, что шлам скапливается на дне моноблока, а при опрокидывании его для сливания электролита шлам перемещается на внутреннюю часть крышки батареи и в следствии попадает на оголенные элементы электродов, которые сверху не защищены сепараторами-изоляторами. В итоге происходит замыкание в одной или нескольких банках аккумулятора.

Какую кислоту заливают в аккумулятор

Большинство водителей никогда в жизни не задумывались, какую кислоту добавляют в аккумулятор авто и зачастую высказывают неправильные догадки. Одни скажут, что там вода, другие назовут соляную кислоту, поэтому мы расставим все точки над «и». В аккумуляторах применяется смесь серной кислоты и дист. воды. Знакомьтесь, это электролит.

На практике встречаются устройства, где в роли электролита выступает щелочь (никель-кадмиевые аккумуляторы). Также есть несколько гелевых устройств, но по факту гель – это та же самая кислота, находящаяся в другом состоянии или пропитывающий стекловолоконные частицы.

Она применяется в промышленном изготовлении АКБ для авто. Обычно, электролит - это 35% серной кислоты и 65% дист. воды. Заливать любую другую воду категорически запрещается, поскольку она содержит соли, которые существенно сократят срок работы АКБ.

Концентрированная серная кислота производится в 2 стадии. В первой её концентрацию доводят до 65-70%, а во второй – до 98%. Это необходимо для того, чтобы увеличить срок хранения кислоты. Вероятно даже повышение концентрации до 99%, но из-за потерь SO3 значение все равно будет снижено до 98 процентов.

Как сделать электролит в домашних условиях?

Рекомендуем купить его в магазине, но его можно сделать и своими руками.

Нам потребуются:                                                      

  • Дистиллированная вода;
  • Серная кислота;
  • Емкость из стекла, керамики или свинца, устойчивая к кислотам;
  • Эбонитовая палочка.

Чтобы сделать электролит надо залить воду в специальную емкость и добавить туда серную кислоту в пропорции 3:1. Тщательно перемешать смесь эбонитовой палочкой. Вещество плотно накрыть и оставить на 1 день до выпадения осадка.

Таблица  для расчета приготовляемого электролита

Необходимо сказать, что превышения в допустимой концентрации электролита может привести к самым неприятным последствиям. От чрезмерно концентрированного вещества пластины аккумулятора очень быстро «разъест», что в кратчайшие сроки вызовет выход аккумулятора из рабочего состояния.

В дист вода добавляем кислоту, а не наоборот

А вот слишком низкий уровень плотности вещества может очень быстро вызывать сульфатацию. Наверняка вы знаете, что это такое. Нет? Это процесс оседания кристаллических осадков на пластинах, в результате чего аккумулятор теряет свои свойства и просто оказывается неспособным держать заряд долгое время.

Зачем нужен электролит?

Суть работы АКБ базируется на реакциях, проходящих только при помощи этого вещества. Батарея состоит из плюсовых и минусовых пластинок, погружаемых в кислотный раствор. Эти пластины оснащены токоотводными решетками, сделанными из свинца.

Как проконтролировать состояние электролита?

Держать под контролем состояние электролита нужно. Для контроля сгодится пластмассовый корпус от обычной пластиковой ручки. Открываем пробки и погружаем его к пластинам, после чего зажимаем сверху и вынуть. Идеальный уровень – 10-12 мм. Если надо, дольем электролит.

Измерение уровня электролита в АКБ

Очень важно следить за временем года и параметрами раствора в соответствии с ним. Можно существенно продлить жизнь батареи, если использовать растворы с разными параметрами в разное время. К примеру, слишком концентрированное вещество в летнее время деструктивно воздействует на АКБ. Высокая плотность увеличивает энергопотери, а серный ангидрид может полностью разрушить электроды устройства.

Срок эксплуатации электролита

У такого электролита нет срока эксплуатации. Данный критерий может быть определен только по способности выполнения своих функций на 100%. Среди факторов, которые могут повлиять на жизненный цикл электролита, важнейшими являются:

  • Плотность;
  • Температуру работы аккумулятора;
  • Заряд.

Если все показатели в норме, то и электролит не будет тревожить Вас годами.

Как увеличить плотность вещества?

Увеличить плотность можно при повышении температуры и гидролиза. Также важно постоянно добавлять дистиллят для поддержания показателей на нормальном уровне. Если же концентрация кислоты ниже 1,275 грамм на сантиметр кубический, её нужно поднять.

Корректировка плотности электролита в АКБ

Повысить такой уровень можно 2-мя способами: сменой содержимого или доливом концентрированной кислоты.

Если разбавлять жидкость, то необходимо совершить определенные действия для всех банок:

  • Откачать максимум электролита при помощи шприца;
  • Внести в банку половину от его объема;
  • Подать нагрузку с низкой мощностью для смешивания жидкости.
  • Если изменений в уровне нет, добавляем во вторую половину электролит и получаем идеальную плотность.

Кислота – вредная субстанция для кожи. Использование резиновых перчаток, фартука и защитных очков при работе с этим веществом категорически обязательно!

Как заливать и доливать кислоту?

Электролит заливается при помощи трубки до 15 мм над пластинками батареи. Затем оставляем аккумулятор на 2 часа для остывания и заряжаем током в 10 раз меньшим от объема АКБ.

Ключевые характеристики надо проверять пару раз в году с помощью особого прибора и не пропускать проверки.

При смешивании дистводы с кислотой, важно добавлять именно кислоту в воду, так как в обратном случае есть вероятность активации бурной реакции вещества с тепловыделением, доведением её до состояния кипения.

Внимательно соблюдайте все вышеперечисленные рекомендации и АКБ будет служить очень долгое время!

Сдать старый АКБ за деньги вы сможете в нашей фирме, тарифы на приём акумуляторов на этой странице.

Просто добавь воды: как оживить мёртвый аккумулятор

В свои права вступила зима, а значит, пора рассказать что-нибудь интересненькое и полезное про аккумуляторы – главные источники проблем автомобилиста в холодный сезон. Давайте проверим уровень электролита аккумуляторной батареи и при необходимости доведем его до нормы. Спойлер: если вы уверены, что ваш аккумулятор «необслуживаемый», то скорее всего, это не так. Оживить его всё равно можно.

Обслуживаемый или нет?

Электролит свинцовых батарей состоит из двух компонентов – серной кислоты и воды. В понижении уровня электролита виновата именно вода, которая со временем испаряется. В итоге часть пластин оказывается не погруженной в электролит, и аккумулятор теряет емкость. Если летом этот эффект можно не заметить безболезненно, зимой он наверняка подложит вам морозную утреннюю свинью…

У автовладельцев принято делить аккумуляторы на «обслуживаемые» и «необслуживаемые» по типу пробок на банках. Если пробки в наличии, и их можно открутить монеткой – значит, «обслуживаемый»: в нем нужно контролировать уровень электролита и доливать воду при необходимости. Если пробок нет – наоборот.

  • На деле «необслуживаемость» заключается в первую очередь в том, что аккумулятор изготовлен с добавками кальция в свинец электродов вместо старой доброй сурьмы, которая применялась десятки лет, – говорит Александр Казунин, заведующий аккумуляторной лабораторией НИИ автомобильной электроники и электрооборудования.

  • «Кальциевые» батареи обладают очень низкой интенсивностью электролиза воды, которая почти не испаряется из электролита в нормальных условиях эксплуатации. И поэтому в них часто отсутствуют пробки для контроля уровня электролита. Впрочем, надо понимать, что с появлением «кальциевых» батарей проблема выкипания электролита полностью не исчезла. Склонные к падению уровня электролита «сурьмяные» батареи до сих пор выпускаются и продаются, да и «кальциевая» запросто может потребовать контроля и доливки, если машина интенсивно ездит летом в городском цикле или, скажем, неисправен регулятор напряжения в генераторе.

Кальций может применяться только на отрицательных электродах батареи или на всех электродах. Аккумуляторы, у которых кальцием легированы все электроды, называют «кальций-кальциевыми» (Ca/Ca). Правда, плата за необслуживаемость уровня электролита – повышенная чувствительность к глубокому разряду. «Кальциевая» батарея, единожды посаженная «в ноль», как правило, не жилец…

Про воду

Часто даже в по-настоящему необслуживаемых батареях пробки всё-таки имеются, но они не отдельные, а закрепленные на общей пластмассовой пластине, которая сверху прикрыта фирменной наклейкой. На таких пробках нет явных признаков того, что их можно открыть. Но сделать это можно, и зачастую нужно. Поскольку уровень электролита может понизиться почти в любом типе аккумулятора.

Выровнять пониженный уровень электролита в аккумуляторе – несложно и недорого. Достаточно приобрести в автомагазине бутылку дистиллированной воды и долить ее посредством шприца или груши в каждую банку батареи, число которых у машины с 12-вольтовой бортсетью равно шести. Заглянув с фонариком в банки, можно увидеть пластмассовый язычок-«клювик», который является меткой уровня. Если его нет – вода доливается до полного покрытия пластин. После этого аккумулятор крайне желательно не грузить стартером, а подзарядить.

Процедура эта проста и доступна любому автовладельцу. Единственное «узкое место» в этой истории — покупка дистиллированной воды. Обычно фасованная в бутылки по 1,5 литра "дистиллировка" выпускается конторами типа «Рога и копыта», и найти в продаже воду производства известного бренда автомобильной химии не так-то просто. А ввиду невысокой розничной и еще более низкой закупочной цены дистиллированной воды у производителей имеется нешуточный соблазн максимально сократить издержки и начать разливать под видом дистиллировки для АКБ воду из под крана… Тем более, что обманутый покупатель вряд ли станет предъявлять претензии: аккумулятор от обычной воды, безусловно, умрет, но произойдет это не мгновенно.

Вот типичный отзыв о некачественной дистиллированной воде от одного из форумчан «Уазбуки»:

«У меня как-то в багажнике завалялась нераспечатанная бутылка такой воды. Провалялась, наверное, месяца четыре. И как-то вознамерился я ее долить в систему охлаждения. Вскрыл бутылку, а оттуда такой тухлятиной несет — хоть убегай. Из какого болота набрали её...»

TDS-метр

Проверить качество приобретенной дистиллированной воды можно разными методами. Самый правильный способ проверки из доступных в бытовых условиях – применение специализированного прибора, который называется TDS-метр. В китайских интернет-магазинах их полно, стоят они не слишком дорого, а точность вполне достаточна для наших нужд. Выглядит TDS-метр как карандаш с дисплеем и измеряет уровень общей минерализации (солесодержания) воды в единицах «ppm» — количестве частиц растворенных солей на миллион частиц водного раствора.

Измеряем воду из-под крана — 215 ppm. Измеряем дистиллированную воду из автомагазина – бутылка одного производителя показывает 8 ppm, второго – 7 ppm, а третьего, та, на которой написано «двойная очистка», — 0 ppm!

Последнему производителю, безусловно, респект! Продукт действительно высококачественный. Но и в случае, если ppm дистиллировки не равен нулю, волноваться не стоит. Небольшое число — в пределах допустимого. В конце концов, почти в любом советском учебнике по автомобильным эксплуатационным материалам в крайнем случае допускалось применение для электролита талой снеговой воды (не из городских сугробов, разумеется), ppm которой обычно составляет 10-20.

Омметр

Во многих источниках предлагается проверять качество дистиллированной воды мультиметром в режиме омметра. Иными словами, просто измеряя ее сопротивление. Часто даже встречаются цифры: если сопротивление воды больше 30 килоом, это означает годность воды для аккумулятора.

На первый взгляд, выглядит здраво: мультиметр, в отличие от TDS-метра, встречается дома или в гараже гораздо чаще, чем последний. А количество ppm TDS-метр вычисляет косвенно, как раз через замер сопротивления воды.

Но тут есть принципиальное отличие: TDS-метр измеряет сопротивление на переменном токе, а омметр – на постоянном. А электрохимические процессы, начинающиеся в воде при пропускании постоянного тока, вносят очень большие погрешности. А когда к ним добавляются еще и совершенно случайные геометрические размеры измерительных электродов омметра, и расстояние между ними, взятое на глазок, параметры начинают хаотично скакать, меняясь в десятки раз. Так что мультиметр использовать для оценки качества дистиллята не стоит.

Выпаривание

Следующий способ – визуальный. Он едва ли даст внятную оценку качества "дистиллировки", но хотя бы позволит выявить откровенное мошенничество, когда под видом деминерализованной воды вам подсовывают водопроводную.

Для этого теста нам нужен чистый кусочек стекла. Капаем на него две капли воды рядом друг с другом: той, что мы считаем дистиллированной, и воды из-под крана для наглядности. После чего ждем испарения воды, которое можно ускорить нагревом стекла на зажигалке. После испарения дистиллированная вода не оставляет практически никаких солевых разводов, пятно просто исчезает. Если же заметны явные солевые «круги» — вода, скорее всего, из водопровода…

На фото слева – солевое пятно от водопроводной воды, справа не видно ничего – там испарилась капля дистиллированной воды.

220 вольт

Ну и напоследок — еще один способ. Суровый челябинский – проверка сопротивления воды на переменном токе электрической сети 220 вольт. Как становится понятно, основан он на том, что обычная вода проводит электрический ток, дистиллированная – практически не проводит. Это тоже условный тест, не дающий результата в цифровом виде, но вполне пригодный для бытовых условий, а главное – наглядный. Процедура достаточно проста, но требует определенной осторожности в обращении с оголенными проводами под напряжением!

Собираем простейшую схему из электрического шнура с вилкой и патрона для лампы накаливания на 220 вольт. Примерно в середине двойного шнура разрезаем один из проводов и зачищаем концы. Теперь разрезанные концы выполняют только роль размыкателя. Вкручиваем лампу, вставляем на пробу вилку в розетку – лампа горит полным накалом. Теперь вынимаем вилку, разрезаем один из проводов пары, зачищаем оба конца на длину около сантиметра каждый и опускаем эти концы в стакан с тестируемой водой. Снова вставляем вилку в розетку. На дистиллированной воде лампа гореть не будет, а на водопроводной ее нить станет тлеть тускло-тускло, менее чем на четверть накала.

Ну, а теперь, когда ясно, какая вода действительно дистиллированная, а какая – нет, дело остаётся за малым: долить «правильную» воду в АКБ. Причём так, как мы описывали выше. И радоваться хорошей работе батареи.

Опрос

Что вы делаете, если АКБ плохо "крутит"?

Всего голосов:

Как ухаживать за свинцово-кислотными аккумуляторами

Знаете ли вы основную причину выхода свинцово-кислотных аккумуляторов из строя и потери емкости? Сульфатирование аккумулятора. Это причина этих проблем в 80% случаев. Но с правильными инструментами для обслуживания батарей и небольшими затратами времени вы вернете свои батареи к жизни и обеспечите их надежную работу. Узнайте все, что вам нужно знать об обслуживании аккумулятора.

Стартерные батареи, полутяговые батареи, тяговые батареи и даже стационарные батареи - все они нуждаются в техническом обслуживании, чтобы полностью раскрыть свой потенциал.Регулярно выполняйте три основные задачи по техническому обслуживанию, которые мы здесь описываем, чтобы оптимизировать производительность и надежность ваших свинцово-кислотных аккумуляторов.

Добавьте дистиллированную воду в свинцово-кислотную батарею

Жидкость в свинцово-кислотном аккумуляторе называется электролитом. На самом деле это смесь серной кислоты и воды. Когда аккумулятор заряжается, электролит нагревается, и часть воды испаряется. Во время процесса, называемого электролизом, вода распадается на газообразные водород и кислород, которые рассеиваются.Результат? Уровень электролита в аккумуляторе со временем снижается.

Если уровень электролита слишком низкий, пластины аккумуляторных элементов обнажатся и будут повреждены. Кроме того, серная кислота будет более концентрированной. Это означает, что вам необходимо заменить электролит. Вот как вы это делаете.

1. Проверить уровень воды в аккумуляторе с помощью индикатора уровня

Как узнать, когда нужно долить воду в аккумулятор? Это один из самых частых вопросов, которые нам задают.Вы можете постоянно проверять свою батарею или каждую батарею в каждой машине в вашем парке, но это ужасно трудоемко, и есть более простые подходы. Индикаторы специально разработаны для проверки уровня воды в аккумуляторе. Они уведомят вас, когда вам нужно зарядить аккумулятор.

Доступны разные системы. Один из них - Smartblinky. Вы устанавливаете его за вилкой аккумулятора. Есть ли зеленый свет? Ваш уровень электролита в порядке. Когда индикатор загорится красным, вы поймете, что пора добавить воды в аккумуляторные элементы.

Вы добавляете воду в аккумулятор до или после зарядки? Перед зарядкой всегда убедитесь, что электролит покрывает пластины аккумулятора. Если пластины закрыты, зарядите аккумулятор, а затем долейте при необходимости. Это связано с тем, что электролит расширяется во время зарядки и, скорее всего, переполнится, если вы уже долили его перед зарядкой.

2. Убедитесь, что у вас всегда под рукой есть дистиллированная вода.

Никогда не заливайте в аккумулятор обычную воду. Это повредит вашу батарею.Вам нужно использовать дистиллированную воду. Она также известна как деионизированная вода и деминерализованная вода. В основном это вода, прошедшая фильтрацию для удаления металлов и минералов, которые могут помешать процессам в вашей батарее.

Купите дистиллированную воду в строительном магазине или у специалиста по автомобильным запчастям. Также легко сделать самому. Вам нужна простая водопроводная вода и устройство для деминерализации, такое как Hydropure. Самые простые из этих устройств заполнены смолой. Вы впускаете водопроводную воду, смола отфильтровывает металлы и минералы из воды, и у вас остается деионизированная, деминерализованная, дистиллированная вода, подходящая для использования с вашей батареей.

3. Установить автоматическую систему заливки воды в аккумуляторную батарею

Сколько дистиллированной воды вы добавляете в аккумулятор? Это еще один вопрос, который нам часто задают. Ответ варьируется от одной батареи к другой. Это одна из причин, по которой мы рекомендуем использовать систему наполнения аккумулятора водой.

В системе заливки воды в аккумуляторной батарее используются крышки заливных горловин с поплавками, которые соединяются друг с другом с помощью водяных шлангов. Они предохраняют аккумулятор от переполнения. И они экономят ваше время. Все, что вам нужно сделать, это налить в шланг дистиллированную воду.Все остальное сделает система розлива.

Свинцово-кислотная батарея выравнивания

Вторая задача в обслуживании аккумуляторов - зарядка. Очень важно, чтобы батареи заряжались равномерно.

Чем больше вы используете аккумулятор, тем больше может колебаться емкость разных ячеек. Одна ячейка может быть полностью заряжена, а другая - наполовину. В этом случае аккумулятор не будет заряжаться полностью.

Мы советуем использовать уравнительное зарядное устройство для выравнивающего заряда.Выравнивание заряда батареи - это простой процесс, который предотвращает это. Зарядное устройство для аккумулятора обеспечивает более низкий ток в течение более длительного периода времени. В то время как типичный цикл зарядки длится около восьми часов, стабилизация занимает около одиннадцати часов. Поскольку он также требует более длительного времени охлаждения, чем обычный цикл зарядки, лучше всего выполнять выравнивающий заряд на выходных, чтобы у вас было достаточно времени для зарядки и охлаждения аккумулятора перед тем, как снова использовать его.

Что делать, если ваша батарея уже страдает от сульфатации? К счастью, сульфатирование можно контролировать и даже уменьшать.Просто пошлите через батарею большие кратковременные токи. Этот процесс называется восстановлением аккумуляторной батареи.

Держите аккумулятор в чистоте

И последнее, но не менее важное: очень важно содержать аккумулятор в чистоте.

Кислота, грязь и пыль в аккумуляторной батарее, как известно, вызывают токи утечки, которые приводят к разрядке аккумуляторной батареи и ее дисбалансу. Чистая батарея необходима. Как лучше это сделать? Используйте пароочиститель для аккумуляторов, например AQ steam или AQ steam pro.

У вас есть вопросы по любой из этих задач по обслуживанию аккумуляторных батарей? Хотите знать, какие продукты лучше всего подходят для обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторов? Вы найдете ответы - и все остальное, что вам нужно знать - в нашем профессиональном руководстве по обслуживанию аккумуляторов. Нажмите на кнопку, чтобы посмотреть его в Интернете.

Загрузите нашу инструкцию по обслуживанию аккумуляторов

У вас должен быть включен JavaScript, чтобы использовать эту форму.

Колорадо Залив и Тёрф | Зачем нужна дистиллированная вода?

Есть несколько важных шагов для правильного обслуживания ваших батарей глубокого разряда.Вы, очевидно, знаете, что это финансовые вложения, так почему бы не позаботиться о них, чтобы получить как можно больше жизни. Все этапы обслуживания батареи критичны, и ни один из них не следует упускать из виду. Один из самых простых вариантов - заправить батареи дистиллированной водой.

Электролит в залитой батарее глубокого разряда представляет собой раствор кислоты и воды. Рекомендуется использовать дистиллированную или деионизированную воду, потому что она не содержит дополнительных минералов, которые вы можете найти в воде, такой как обычная водопроводная вода.Добавление химикатов и минералов может значительно сократить срок службы батарей. Дистиллированная вода должна быть единственной вещью, которую вы когда-либо пополняете в своих батареях глубокого цикла. Никогда не добавляйте дополнительный раствор кислоты или электролита, это также может сократить срок службы батареи. Дистиллированную воду можно купить в любом продуктовом магазине, она стоит очень недорого. Здесь, в Colorado Golf & Turf, мы предлагаем бесплатную дистиллированную воду - просто принесите свой собственный контейнер! Чистая сжимаемая спортивная бутылка для воды отлично подойдет или емкости для заправки аккумулятора можно приобрести в местном магазине автозапчастей или прямо здесь, в нашем отделе запчастей.

Вот несколько дополнительных советов по обслуживанию аккумуляторной батареи.
1. Сначала очистите аккумулятор

  • Alaways надевает защитные очки и резиновые перчатки при работе с батареями
  • Убедитесь, что крышки батарейного отсека плотно закрыты
  • Используйте раствор пищевой соды и воды (1 стакан пищевой соды на галлон воды)
  • Раствор для смывания с батареи клеммы - не допускайте попадания этого раствора в батарею

2. Проверяйте уровень электролита в каждой батарее (каждые 1-2 недели)

  • Батареи всегда следует заряжать ПОСЛЕ полной зарядки, ЕСЛИ они не «сухие» и пластины не обнажены.В этом случае налейте столько воды, чтобы достичь верхней части тарелок, это считается минимальным уровнем воды.
  • После полной зарядки аккумуляторов проверьте и при необходимости долейте воду.
  • Добавляйте воду только при необходимости - уровень воды должен быть на 1/8 дюйма ниже дна заливного колодца.

3 . Заправьте батареи

  • Используйте только дистиллированную воду - по причинам, указанным выше.
  • Доливайте воду до тех пор, пока уровень электролита не станет на 1/8 дюйма ниже дна заливного колодца.
  • НЕ переполняйте батареи.Переполнение аккумуляторов и последующая зарядка могут привести к всплыванию аккумуляторов и разливу раствора электролита. Это не только грязно, но и может нанести вред, если этот раствор не смыть с кожи должным образом.

4. Установите на место крышки батарейного отсека

  • Удалите любые пролитые жидкости вокруг аккумуляторных элементов.
  • Убедитесь, что в аккумулятор не попадает какой-либо дополнительный мусор.
  • Установите на место крышки аккумуляторных батарей. быть купленным, чтобы упростить этот процесс.Они представляют собой серию трубок, соединенных с каждой батареей с помощью одного насоса, который помещается в контейнер с дистиллированной водой и закачивается в каждую батарею одновременно и прекращает подачу, когда батареи находятся на надлежащем уровне над пластинами.

    Общие сведения о заполнении литий-ионных батарей электролитом

    По мере того, как литий-ионные батареи проникают на более крупный рынок аккумуляторов энергии, особенно в крупных системах, акцент делается на достижении лучшей и равномерной производительности (как с точки зрения плотности энергии, так и возможностей скорости), предсказуемого срока службы и более высокой безопасности ячеек по более низкой цене. 1 Одним из этапов производства элементов, на котором все еще есть возможность повлиять на все эти аспекты, является заполнение электролитом. В настоящее время заливка электролита осуществляется путем приложения отрицательного давления к собранной, но не герметичной ячейке. Это трудоемкий (и, следовательно, дорогостоящий) этап, занимающий от 12 до 24 часов в сухом помещении. Известно, что дополнительные факторы, которые могут быть установлены производителем, такие как повышенная температура или сборка электрода и элемента, влияют на смачивание. 2

    Если заполнение и смачивание электролитом не завершено, может возникнуть ряд проблем, которые могут отрицательно сказаться на работе, сроке службы и безопасности элемента.Во-первых, если электролит не полностью заполняет поровое пространство электродов и не смачивает активные частицы, межфазный слой твердого электролита (SEI) не будет равномерно расти на активной частице во время цикла формирования, что может привести к разложению электролита во время цикла. более низкая кулоновская эффективность или затравка образования дендритов лития. 3–5 Для достижения стабильного SEI необходимо полное и однородное смачивание конструкций аккумуляторных батарей электролитом. 6 Кроме того, во время работы ячейки, если поры не заполнены электролитом, пути для транспорта лития становятся эффективно закрытыми из-за присутствия остаточной газовой фазы, блокирующей определенные ответвления пор.В зависимости от трехмерной структуры пор это может привести к увеличению извилистости. Повышенная извилистость означает снижение эффективной проводимости лития в пористой структуре и большие перенапряжения, влияющие на производительность и безопасность. 7 Кроме того, закрытые пути транспортировки могут привести к неоднородной концентрации лития в батарее и неоднородной плотности тока. 8,9

    Это обсуждение выше подчеркивает важность понимания того, как оптимизировать компоненты ячейки для облегчения смачивания электролитом и заполнения пористых электродов и сепараторов.Смачивание пористых компонентов батареи электролитами - это процесс, который зависит от химического состава поверхности твердой фазы (ей), химического состава электролита (включая концентрацию его соли) и трехмерной структуры материала. Большинство текущих исследований по облегчению заполнения пористых компонентов батареи сосредоточено на улучшении физико-химических параметров, особенно электролита батареи и химического состава поверхности. Особое внимание уделяется уменьшению краевого угла смачивания θ , увеличению поверхностного натяжения и уменьшению вязкости для получения хорошо смачиваемых растворов ( θ <90 °), не склонных к разбиванию на капли (большие), и показывают низкое сопротивление потоку, управляемому давлением (небольшое). 10,11 Повышение концентрации соли неблагоприятно влияет на смачиваемость электролита. 12

    Ряд исследований связывает смачивание и заполнение порового пространства с характеристиками, в частности, с эффективной проводимостью лития в пористой среде. Kühnel et al. оценили время смачивания электродов с помощью тензиометра и импедансной спектроскопии, показав, что электролиты на основе органических растворителей имеют улучшенные характеристики смачивания из-за более низкой вязкости. 13 Другой метод измерения скорости впитывания электродов путем прямой визуализации фронта впитывания был разработан Davoodabadi et al. 12 , а свободная поверхностная энергия электродов была связана с их поведением при смачивании. 14 Исследование структуры анодов показывает, что более крупные частицы графита демонстрируют большее перенапряжение, чем более мелкие частицы, по мере увеличения площади смачивания. 15 Кроме того, модификация графита для повышения его гидрофильности снижает перенапряжение, в то время как календарная обработка приводит к ухудшению смачивания электродов. 16,17 Нейтронная визуализация на месте позволила лучше понять процесс заполнения электролитом пакетов электродов и была связана с изменениями электрохимического импеданса во время процесса заполнения LIB на производстве. 18,19 Однако этот метод позволяет только наблюдать фронт смачивания, но не дает представления о процессе в масштабе пор. Для сепараторов литий-ионных аккумуляторов улучшенное смачивание может быть достигнуто за счет определенных изменений поверхности, например в виде полимерных 20 или керамических покрытий. 21,22 Распределение электролита в анодах и катодах, генерируемых стохастически, было изучено с помощью моделирования решеточной Больцмана и показало отрицательное влияние неполного смачивания на характеристики батареи. 4

    В этой работе мы систематически исследуем, почему экспериментально измеренные эффективные коэффициенты переноса ниже ожидаемых и какие структурные свойства или физико-химические свойства электролита и границы раздела твердое тело-жидкость объясняют это. В качестве модельной пористой системы для исследования мы выбираем полиэтиленовый (PE) сепаратор, поскольку он состоит из одной твердой фазы с относительно однородным размером пор и изотропной структурой пор, которую мы ранее подробно охарактеризовали. 8,23 Мы показываем, что неполное смачивание конструкции сепаратора может объяснить расхождения между расчетными и измеренными характеристиками сепараторов. Эта работа подчеркивает важность структуры пор для определения количества остаточного газа в структуре и дает представление о структурах пор, условиях заполнения и составах электролита, которые являются выгодными для аккумуляторной технологии.

    Используя репрезентативную трехмерную реконструкцию конструкции полиэтиленового сепаратора 24 (рис.1а), мы проводим численное моделирование диффузии и с помощью расчетов находим, что с чисто геометрической точки зрения мы ожидаем, что проводимость лития через заполненную электролитом поровую фазу полиэтиленового сепаратора будет составлять 14% от объемной проводимости лития в электролите ( т.е. мы ожидаем найти число МакМуллина ~ 7). Затем мы заполняем образцы сепаратора различными электролитами, включая линейные и циклические карбонаты, а также бинарными смесями карбонатов (свойства указаны в таблице I), каждый из которых содержит LiPF 6 в концентрации 1 М, и используем спектроскопию электрохимического импеданса (EIS) для определения эффективная проводимость лития σ eff через сепаратор.На рисунке 1b показаны измеренные числа МакМуллина (N M = σ Bulk / σ eff ). Они варьируются от 11,07 ± 1,00 для диметилкарбоната (DMC) до 14,58 ± 1,79 для смеси пропиленкарбонат: этиленкарбонат (PC / EC) 1: 1, что указывает на то, что перенос лития значительно хуже, чем ожидалось из геометрии сепаратора (N M = 7, желтая пунктирная линия). Хотя N M имеет тенденцию к увеличению с увеличением вязкости и угла смачивания, мы не находим простых тенденций, которые могли бы связать одно свойство электролита (угол смачивания, поверхностное натяжение или вязкость) с измеренными числами МакМуллина (вспомогательная информация доступна в Интернете в стеках). .iop.org/JES/167/100546/mmedia). Как показано с помощью фрактального анализа и анализа случайных блужданий на трехмерных микроструктурах, различия в значениях, измеренных с помощью EIS и диффузии, могут частично объяснить большие, чем ожидалось, измеренные числа МакМуллина. 25 Однако этот анализ не может объяснить различия в числе МакМуллина, измеренных для разных электролитов.

    Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 1. Характеристики сепаратора для различных электролитов (a) Трехмерная микроструктурная визуализация сегментированного сепаратора Targray PE16A. Присутствуют разные неоднородности, например, разные радиусы пор. (b) Числа МакМуллина, рассчитанные на основе измерений спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) с использованием различных электролитов в сепараторе Targray PE16A. Пунктирной линией показано число МакМуллина, рассчитанное на основе численного моделирования диффузии.

    Загрузить рисунок:

    Стандартный образ Изображение высокого разрешения

    Таблица I. Свойства электролитов, использованных в этом исследовании.

    Растворитель Угол контакта с полиэтиленовым сепаратором [°] Поверхностное натяжение [мН м −1 ] Вязкость [мПас] Объемная проводимость (с 1 M LiPF 6 ) [мСм см −1 ] a ) Число МакМуллина [-]
    DMC 30.0 ± 1,5 32,01 ± 0,22 1,464 ± 0,005 7,1 11,07 ± 1,00
    EMC 14,5 ± 2,8 29,08 ± 0,28 1,794 ± 0,031 4,6 11,90 ± 1,04
    EC / DMC 52,9 ± 1,8 40,13 ± 0,20 3,388 ± 0,006 11,6 14,19 ± 1,01
    PC / EMC 45.4 ± 1,5 28,52 ± 0,26 4,084 ± 0,006 8,7 13,84 ± 1,13
    EC / EMC 45,4 ± 1,5 34,61 ± 1,15 4,124 ± 0,098 9,7 14,35 ± 0,93
    PC / EC 89,99 ± 3,0 46,73 ± 0,04 7,130 ± 0,010 6,8 14,58 ± 1,79
    ПК 86.22 ± 2,4 43,75 ± 0,012 8,248 ± 0,016 5,8 13,95 ± 1,61

    a) , как указано производителем.

    Чтобы объяснить этот эффект, мы обратимся к теории неполного (или частичного) смачивания, которая до сих пор в значительной степени игнорировалась в сообществе аккумуляторных батарей, но объясняет, как структура порового пространства и физико-химические свойства электролит влияет на процесс смачивания.

    Теория неполного (или частичного) смачивания часто применяется в геологии, где закачка воды является обычным способом вытеснения нефти или газа, застрявших в порах в породах микрометрового размера; 26 , однако, это в равной степени применимо для понимания заполнения электролитом.

    В системе, где гравитационными силами можно пренебречь (что, как объяснено во вспомогательной информации, является допустимым предположением для компонентов батареи, так как длина капилляра составляет около 2 мм 27 ), капиллярные и вязкие силы играют роль в процесс заполнения.Капиллярное давление, P c , в поре определяется уравнением Юнга – Лапласа (), где r - радиус поры. Вязкое давление пропорционально скорости Дарси и динамической вязкости вторгающейся фазы. Известно, что вязкость электролита в пористых компонентах аккумулятора может отличаться от объемного значения у поверхности поры. 20,28,29 Эти так называемые микровязкости вызваны взаимодействием между ионами электролита и поверхностью элемента батареи.Теория частичного смачивания не рассматривает эти взаимодействия и использует объемные значения для динамической вязкости вторгающейся фазы.

    В компонентах аккумуляторных батарей с небольшими порами преобладают капиллярные силы. В этом случае, когда фаза смачивания (т.е. при θ <90 °) входит в пористую структуру, происходит пропитывание. Для смачивания среды не требуется внешнего давления; однако в порах существует капиллярное давление, которое продвигает фазу смачивания дальше в поровое пространство.С другой стороны, когда вторгающаяся фаза не смачивает, приложенное внешнее давление должно превышать капиллярное давление, чтобы заставить несмачивающую фазу проникнуть в поры. Этот процесс называется дренированием. 26 Поскольку все электролиты, использованные в этом исследовании, являются смачивающими, хотя и в разной степени (см. Таблицу I), а вытесненная фаза (газ) не смачивает, заполнение сепаратора является процессом пропитывания.

    В структурах со структурной неоднородностью (например, с переменным радиусом пор, сужением пор и т. Д.), ни полное пропитывание, ни полный дренаж невозможны, поскольку структурная неоднородность приводит к захвату остаточной фазы в структуре. В случае заполнения сепаратора этой остаточной фазой является газ. Другими словами, невозможно полностью заполнить фазу пор сепаратора жидким электролитом (или, во время слива, полностью удалить весь электролит). На рис. 2а показаны кривые капиллярного давления для пропитывания и дренажа, где количество остаточной фазы обозначено штриховкой.

    Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 2. Смачивание пористой среды. (а) Кривые капиллярного давления, показывающие пропитывание (например, заполнение электролитом) и дренаж (например, удаление электролита) пористой среды. В реальных конструкциях насыщение фазы электролита (фаза смачивания) при заполнении не достигает 100%. Остаточная газовая фаза отображается голубым оттенком. Точно так же во время слива не весь электролит можно удалить (синяя заливка).(b) В поре с переменной площадью поперечного сечения может произойти «откол». В этом сценарии газ задерживается в большом сегменте пор из-за недостаточного капиллярного давления. (c) «Модель поры-дублета» описывает сценарий, когда газ задерживается в одной ветви поры. Это может происходить, когда две параллельные ветви имеют разные радиусы или разную длину, в результате чего жидкая фаза движется в одной поре быстрее, чем в другой.

    Загрузить рисунок:

    Стандартный образ Изображение высокого разрешения

    Во время пропитывания различные структурные особенности могут привести к остаточному насыщению (т.е.е., захваченный газ) в пористой среде. Модель отрыва и модель дублета пор описывают два распространенных сценария, приводящих к улавливанию газа. Откол может происходить в порах с переменной площадью поперечного сечения (рис. 2b). 30 В этом случае капиллярное давление изменяется в зависимости от положения в поре (P c ~ 1 / r), и низкое капиллярное давление присутствует в более крупном сегменте поры. Чтобы газ мог двигаться дальше в сужении поры, необходимо поддерживать большее капиллярное давление, что происходит, когда газовая фаза «отрывается», т.е.е., далее по телу поры отключается от газовой фазы. 31,32

    Модель поры-дублета (рис. 2c) применяется, когда поры разветвляются на две параллельные поры с разным диаметром и / или разной длиной, а затем повторно соединяются. Поскольку в этих порах изменяется капиллярное давление, жидкость в одной поре движется быстрее, чем в другой. Жидкость будет двигаться быстрее в маленькой поре, что приведет к захвату газа в более крупной поре. 26,33,34

    Таким образом, количество остаточной фазы зависит от трехмерной структуры порового пространства, а также от капиллярных и вязких сил.Кроме того, из-за роли, которую структура играет в процессе захвата газа, и последовательности, в которой фронт жидкости достигает этих структур, в асимметричной структуре пропитывание будет направленным процессом. Другими словами, смачивание пористой структуры с одного направления может привести к совершенно иному захвату газа, чем смачивание с другого направления.

    Анализ структуры сепаратора PE16A показывает поры со средним геометрическим диаметром пор 110 нм. Средний диаметр порового канала лишь немного меньше (~ 85 нм). 8 Это приводит к соотношению сторон 1,33, что достаточно мало, чтобы улавливание газа из-за отрыва, вероятно, было незначительным. 30 Однако структура PE16A сильно связана (связность ~ 150 мкм м −3 ), длина пор составляет от 10 до 700 нм, а диаметр пор составляет от 20 до 300 нм (см. Вспомогательную информацию), так что захват газа, вероятно, можно описать моделью порового дублета.

    Чтобы определить остаточную газонасыщенность, которую мы можем ожидать в сепараторе PE16A, мы рассчитываем кривые капиллярного давления во время моделирования заполнения структуры сепаратора с помощью SatuDict (GeoDict2019, Math3Market GmbH, Кайзерслаутерн, Германия).Моделирование выполняется на десяти различных подобъемах PE16A.

    Смоделированные кривые капиллярного давления для трех различных электролитов показаны на рис. 3a. Поскольку пропиленкарбонат (ПК) имеет больший угол контакта ( θ PC = 86 °) по сравнению с углом смачивания EMC ( θ EMC = 14 °) или EC / EMC ( θ EC / EMC = 45 °), капиллярное давление меньше для ПК. Однако количество остаточной газовой фазы, остающейся в поровом пространстве, оказалось одинаковым для всех электролитов (31 ± 1%).Это происходит из-за того, что моделирование основано на квазистатической модели, которая учитывает только капиллярное давление, а не динамическое вязкое давление.

    Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 3. Моделирование заполнения сепаратора электролитом. (а) Смоделированные кривые капиллярного давления для пропитывания сепаратора тремя различными электролитами: EMC (красный), EC / EMC (желтый), PC (синий).Из-за квазистатического характера моделирования остаточная газонасыщенность не зависит от физико-химических свойств электролита. (b) Результирующая трехмерная томографическая визуализация сепаратора Targray PE16A, заполненного электролитом. 30% порового пространства составляют камеры остаточного газа.

    Загрузить рисунок:

    Стандартный образ Изображение высокого разрешения

    На рис. 3b показана структура сепаратора (серый), заполненная в результате моделирования 69% объема пор, содержащим электролит (синий) и 31% остаточной газовой фазы (голубой).Из-за улавливания газа меньше путей через жидкий электролит доступно для диффузии лития. Выполнение численного моделирования диффузии с учетом только связанной жидкой фазы показывает эффективное значение переноса 0,06 ±. 0,009, что приведет к измеренному числу Мак-Маллина ~ 18,21 ± 2,93. Сравнивая это с эффективным значением переноса 0,14 (число Мак-Муллина 7) для случая 100% заполненного объема пор, влияние остаточного газа в поровом пространстве на проводимость и диффузию лития очевидно.

    Тот факт, что число МакМуллина, рассчитанное для структуры, заполненной моделированием (18,21 ± 2,93), больше, чем экспериментально измеренные числа МакМаллина (от 11,07 ± 1,00 до 14,58 ± 1,79), предполагает, что 31% остаточной газовой фазы, определенной моделированием, является завышение. Это завышение можно объяснить тем фактом, что для такой структуры, как PE16A, где модель дублета поры объясняет большую часть остаточного насыщения, квазистатическое моделирование обеспечивает верхний предел остаточного насыщения пор.Поскольку распространение фронта жидкости в моделировании не зависит от времени, поры заданного размера немедленно заполняются, как только достигается необходимое капиллярное давление. Таким образом, становится изолированным больше пор с большим диаметром, чем если бы также учитывались силы вязкости. Хотя 31% - это завышенная оценка остаточной газовой фазы, концепция остаточного насыщения прекрасно объясняет, почему экспериментально измеренные числа МакМуллина выше, чем если бы все поры предполагались заполненными, и, исходя из экспериментально измеренных чисел МакМуллина, мы оцениваем, что, в действительности можно ожидать, что остаточные газовые фазы составляют примерно 15–25%.

    Квазистатическое моделирование заполнения, описанное выше, подчеркивает, что конструкция сепаратора склонна к улавливанию газа во время заполнения, и позволяет нам рассчитать влияние остаточной насыщенности, которое может оказать на эффективный коэффициент переноса. Однако эти квазистатические симуляции заполнения учитывают только капиллярные силы, а не вязкую силу, которая зависит от вязкости и скорости заполнения. Здесь мы показываем, что, рассматривая вязкую силу, можно объяснить, почему измеренные числа МакМуллина находятся в диапазоне от 11.07 ± 1,00 до 14,58 ± 1,79 для разных электролитов.

    Было показано, что величина остаточного насыщения зависит от безразмерного капиллярного числа, N c , которое определяется как соотношение вязких и капиллярных сил:

    В геологии величина остаточного насыщения обычно уменьшается с увеличением капиллярного числа (т. е. с увеличением силы вязкости). 35 Это не то, что мы наблюдаем при наших измерениях EIS на сепараторах, где число МакМуллина (которое пропорционально остаточному насыщению) показывает немонотонную зависимость от капиллярного числа и увеличивается для электролитов с низкой вязкостью, линейные карбонаты перед уменьшением для высоковязких циклических электролитов на основе карбонатов (см.рис.4). Это сложное поведение, контрастирующее с эмпирически определенными, монотонно убывающими кривыми обезвоживания, измеренными в геологии, неудивительно. В геологически значимых системах обычно используются нефть и вода в качестве начальной фазы и фазы вторжения, соответственно. Таким образом, краевой угол в формуле. 1 является постоянным и часто опускается для упрощения. Сделав это для использованных электролитов (т. Е. Предполагая, что все использованные электролиты идеально смачиваются), мы видим, что остаточное насыщение монотонно уменьшается с увеличением капиллярного числа (см. Дополнительную информацию).Однако для смачивания компонентов аккумулятора такой подход не оправдан, поскольку испытанные электролиты показывают большой разброс угла смачивания (~ 40 ° - ~ 90 °). Следовательно, взвешенное капиллярное число, представленное на рис.4, включает зависимость от угла смачивания и дополнительно умножается на безразмерное вязкостное отношение, которое масштабирует капиллярное число, так что кривые осушения сопоставимы для различных систем жидкость / жидкость и жидкость / газ (для Системы жидкость / жидкость, используемые в геологии, вязкости начальной фазы присутствия и вторжения примерно равны; для систем электролит / газ вязкости различаются более чем на 2 порядка).

    Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 4. Влияние физико-химических свойств электролитов на число МакМуллина.

    Загрузить рисунок:

    Стандартный образ Изображение высокого разрешения

    Когда мы строим график зависимости экспериментально измеренного числа МакМуллина от вязкости электролитов (рис. 4), мы различаем хорошее смачивание (углы смачивания от 14 до 53 °) (заштрихованные серые области) и плохо смачивающие электролиты (углы смачивания ближе к 90 °. ).Число МакМуллина увеличивается с вязкостью в области хорошего смачивания и уменьшается с увеличением вязкости в режиме плохого смачивания.

    Цвет каждой точки соответствует взвешенному капиллярному числу. Для хороших смачивающих электролитов взвешенное капиллярное число увеличивается с вязкостью, потому что оно эффективно постоянно и равно приблизительно 1. Таким образом, в этом режиме вязкость электролита (и скорость заполнения) имеют наиболее важное влияние на количество остаточного газа. фаза в структуре с электролитами с более высокой вязкостью и более высокой скоростью заполнения, что приводит к большему количеству остаточного газа.Это действительно наблюдается тенденция, когда электролиты с более высокой вязкостью показывают более высокие числа МакМуллина.

    Для плохо смачиваемых электролитов увеличение вязкости приводит к улучшенному заполнению и снижению числа МакМуллина. В этом режиме капиллярные силы намного меньше единицы (расхождение косинуса при углах, близких к 90 °). Таким образом, краевые углы преобладают, и увеличение вязкости может даже привести к уменьшению капиллярного числа и меньшему количеству остаточной газовой фазы. Феноменологически увеличение вязких сил может привести к повторной мобилизации газовых кожухов.Однако одновременно с этим процесс смачивания будет медленнее, или жидкость необходимо нагнетать в конструкцию, чтобы поддерживать скорость смачивания.

    Это подчеркивает, что для хорошего смачивания электролитов низкая вязкость полезна не только для улучшения проводимости 7 , но также для уменьшения присутствующей остаточной газовой фазы. Увеличение скорости заполнения также будет способствовать увеличению объема остаточной газовой фазы, если она не будет уравновешена увеличением капиллярных сил.

    Мы продемонстрировали, что теория неполного смачивания, которая на сегодняшний день широко применяется в геологии для объяснения остаточной газовой фазы, применима к пористым средам в батареях.Хотя работа здесь была сосредоточена на сепараторах, она в равной степени применима к порам электродов. Стоит отметить, что размеры пор и распределение размеров пор электродов батареи и некоторых геологических структур, таких как песчаник, очень похожи, и поэтому могут применяться аналогичные концепции для моделирования их поведения при смачивании.

    Это понимание предлагает ряд путей для развития батарей. На сегодняшний день в центре внимания исследований смачивания литий-ионных аккумуляторов является улучшение физико-химических свойств электролитов.Однако улучшение смачивания оказывает лишь ограниченное влияние на степень остаточного насыщения. Фактически, улучшенное смачивание может даже привести к большему количеству ограждений, так как улавливание газа из-за условий «отрыва» становится более актуальным при улучшении смачивания электролитов.

    Напротив, наше исследование подчеркивает, что геометрия пористой структуры оказывает большее влияние на остаточное насыщение, чем химический состав электролита. Очень узкое распределение пор по размеру и малое соотношение размеров пор могут предотвратить захват газа.Для более глубокого понимания структурных средств управления улавливанием газа в новых подходах используется сетевой анализ для количественной оценки структуры (т. Е. Топологии) и анализа ее корреляции с количеством остаточного газа. 36–38 Действительно, если структура хорошо охарактеризована, измерение числа МакМуллина для конкретного электролита может служить приблизительной мерой количества захваченного газа в структуре для этого электролита и набора условий заполнения.

    Изучая начальное смачивание конструкций батареи во время заполнения, можно оценить общее количество газовой фазы, которая будет улавливаться в ячейке, и разработать конструктивные решения для минимизации этого остаточного насыщения во время заполнения.Однако важно иметь в виду, что эти газовые образования внутри пористой структуры, образовавшейся во время заполнения, являются метастабильными. Во время работы от батареи происходит множество динамических процессов, таких как изменение объема активных материалов, механическое напряжение 39 , деформация и растрескивание материалов 8 или выделение газа. Эти процессы могут привести к большим локальным силам, которые могут привести к перераспределению остаточной газовой фазы в конструкции батареи, что приведет к зависящим от времени воздействиям на характеристики батареи и старение батареи.Динамика газовых включений в конструкциях - важная тема для будущего моделирования, чтобы определить влияние заключенного газа на характеристики батареи и старение.

    Электролиты

    Электролиты, использованные в этом исследовании, содержали 4 различных растворителя: пропиленкарбонат (PC), этиленкарбонат (EC), диметилкарбонат (DMC) и этилметилкарбонат (EMC). Все растворы электролитов были из материала аккумуляторного качества (H 2 0 <15 ppm, HF <50 ppm) и были приобретены у Sigma-Aldrich Chemie GmbH (Buchs, Швейцария).PC, DMC, EMC, EC-DMC и EC-EMC были заказаны, содержащие 1M LiPF 6 , и использовались в полученном виде. ЭК нагревали до 60 ° C и добавляли 1M LiPF 6 (Strem Chemicals, 99,9 +%; сушили в вакууме при 25 ° C в течение одного дня перед использованием). PC-EMC и EC-PC получали смешиванием равных по объему частей компонентов. Все приготовления и измерения проводились в инертной атмосфере аргона.

    Сепаратор

    Мы исследовали коммерческий мокрый вытянутый полиэтиленовый сепаратор (PE16A, полученный от Targray Technology International Inc., Киркланд, Квебек, Канада). Сепаратор имел толщину 16 мкм м, заданную пористость 40 ± 5% и заданное значение Герли 180 ± 50 с. Мы ранее визуализировали трехмерную микроструктуру этого сепаратора с помощью томографии с фокусированным ионным пучком и сканирующей электронной микроскопией (FIB-SEM) и определили его эффективные коэффициенты направленного переноса, 25,40 его топологические свойства, 23 и смоделировали его механический отклик и производительность изменяются при приложении внешнего давления. 8 Двоичный набор данных структуры разделителя PE16A доступен с открытым исходным кодом. 24

    Статические измерения угла смачивания

    Статические измерения угла смачивания при комнатной температуре были выполнены с использованием системы измерения угла смачивания Krüss G2 / G40 2.05-D (Krüss GmbH, Гамбург, Германия). Для измерений на поверхность мембран осторожно помещали 5 мкл л капель. Через 45 с было получено высококонтрастное изображение и проанализировано с использованием процедуры «тангенциального метода 2» (программное обеспечение, поставляемое производителем: DSA 3 Version 1.72). Для каждого электролита было проанализировано минимум 5 индивидуальных измерений.

    Измерения поверхностного натяжения

    Измерения поверхностного натяжения при комнатной температуре были выполнены с использованием системы измерения угла смачивания Krüss G2 / G40 2.05-D (Krüss GmbH, Гамбург, Германия) с применением метода висящей капли. Для измерений через иглу с диаметром отверстия 0,93 мм было выдано 6 мкм л капель с расходом 200 мкм л мин -1 . Были получены высококонтрастные изображения и данные были проанализированы с использованием программного обеспечения, поставляемого производителем (программное обеспечение, поставляемое производителем: DSA 3 Version 1.72). Плотность электролитов, необходимая для расчета поверхностного натяжения, была взята из спецификации производителя (для DMC, EMC, EC / DMC, EC / EMC, PC) или измерена с помощью высокоточных весов (аналитические весы Mettler Toledo XSR; для EC / PC, PC / EMC). Для каждого электролита было проанализировано минимум 5 индивидуальных измерений.

    Измерения вязкости

    Измерения вязкости проводили с использованием коммерческого реометра (MCR 502; Anton Paar, Грац, Австрия) в геометрии концентрического цилиндра с использованием цилиндра с двойным зазором (DG26.7: внешний радиус 12,33 мм, объем пробы 3,62 мл). Температуру поддерживали на уровне 25 ° C, а изменение скорости сдвига выполняли между 10 с -1 и 1000 с -1 .

    Измерения числа МакМуллина с помощью спектроскопии электрохимического импеданса

    Измерения электрохимического импеданса (EIS) выполняли, как описано ранее. 20,25 Вкратце, сепаратор PE16A был зажат между двумя электродами из нержавеющей стали электрохимической испытательной ячейки ECC-Std (EL-CELL GmbH, Гамбург, Германия) в атмосфере аргона.Электролит заполняли при пониженном давлении примерно 15 кПа перед герметичным закрытием ячейки. Ячейку для испытаний помещали в температурную камеру (MK53, Binder, Tuttlingen, Германия) и оставляли не менее 4,5 часов для температурного уравновешивания при 25 ° C. Измерения импеданса выполнялись в диапазоне от 0,1 Гц до 300 кГц и при амплитуде переменного тока 10 мВ с использованием потенциостата VMP3 (Biologic, Claix, Франция). Объемное сопротивление, R b , пропитанных электролитом сепараторов было определено по высокочастотной перехвате спектров импеданса, а ионная проводимость впоследствии рассчитана в соответствии с где d - толщина мембраны сепаратора (16 мкм м), А - площадь электродов из нержавеющей стали (2.55 см 2 ). Числа МакМуллина на основе EIS, N m, EIS , были рассчитаны путем деления проводимости чистого электролита, σ 0 , на проводимость сепаратора, заполненного электролитом, σ eff :

    Для каждого электролита было проведено не менее трех независимых экспериментов EIS.

    Моделирование заполнения электролитом с помощью Geodict

    Мы использовали модуль SatuDict программного обеспечения GeoDict2019 (Math3Market GmbH, Кайзерслаутен, Германия) для моделирования заполнения электролитом сухого сепаратора PE16A.Бинаризованная трехмерная микроструктура этого сепаратора доступна из предыдущих исследований 25,40 и была импортирована в Geodict. Десять проанализированных структур имели длину кромки 3 мкм м и были выбраны случайным образом из микроструктуры.

    Модуль SatuDict использует метод морфологии пор 41,42 для вычисления распределения двух флюидов с использованием алгоритма, основанного на методе морфологии пор, известного как «максимальные вписанные сферы». Начиная с резервуара с электролитом, программный модуль проталкивает сферы заданного размера через структуру пор, пока они не застрянут.Затем радиус сферы уменьшается и заполнение продолжается. Газ попадает в структуру, если небольшие поры обходятся путем проталкивания сфер, проходящих параллельно с более крупными порами. Результатом этого метода является последовательность квазистационарных двухфазных распределений, которая используется для расчета кривой капиллярного давления, зависящей от насыщения. Для этого капиллярное давление, P c , рассчитывается по радиусу сфер, которые перемещаются через структуру, с использованием уравнения Юнга-Лапласа.Поскольку SatuDict основан на квазистатической модели, динамические объемные потоки, основанные на гравитационных силах или приложенном гидростатическом давлении, не рассматриваются.

    Мы использовали модель Imbibition 3 в SatuDict и смоделировали поглощение электролита электролитами, PC, EMC и EC / EMC. Для моделирования краевые углы и поверхностное натяжение были установлены на значения, измеренные для соответствующего электролита (см. Таблицу I). Предполагалось, что смачивающий резервуар находится над мембраной в направлении сквозной плоскости (Z +).Остальные пять интерфейсов были смоделированы с несмачивающими граничными условиями. Коэффициент диффузии в направлении Z был рассчитан для окончательно заполненной структуры с остаточной несмачивающей фазой с использованием набора инструментов DiffuDict в GeoDict, применяя симметричные граничные условия.

    Эта работа была поддержана исследовательским грантом ETH и стартовым грантом ERC (680070). Мы благодарим доктора Микеле Занини (Лаборатория поверхностных исследований и технологий, ETH Zurich) и доктора Thomas Schweizer (Soft Materials, ETH Zurich) за техническую поддержку и использование их лабораторного оборудования.Мы также благодарим доктора Свена Линдена (Math3Market GmbH, Кайзерслаутен) за полезные обсуждения.

    Свинцово-кислотные батареи - обзор

    3 Свинцово-кислотные батареи

    Свинцово-кислотные батареи существуют в качестве коммерческих продуктов более 100 лет и нашли применение в большом количестве различных систем. Наиболее заметное применение было в автомобильной промышленности для запуска двигателей внутреннего сгорания и для обеспечения энергией электрического оборудования в транспортных средствах, такого как фонари, окна и дисплеи.Эти батареи обычно называются батареями SLI (пусковые, осветительные и зажигательные) и способны обеспечивать высокие токи, необходимые для первоначального запуска двигателя. Другие приложения включают фотоэлектрические накопители энергии, резервные накопители энергии (в частности, для обеспечения резервного аварийного питания и бесперебойного питания стратегического оборудования, такого как освещение, телефон и системы связи), а также транспортные устройства, такие как подземные шахтные конвейеры, подводные лодки (особенно для бесшумного маневренность в погружении), тележки для гольфа, грузовики для доставки молока и почты, а также небольшие автомобили и грузовики с электрическим приводом.Свинцово-кислотные аккумуляторы составляют примерно 40% от общего объема продаж аккумуляторов в мире, что можно объяснить их хорошо разработанной и надежной технологией и значительным преимуществом в цене.

    3.1 Общая химия, конструкция и эксплуатация

    Свинцово-кислотные батареи состоят из отрицательного металлического свинцового (Pb) электрода, положительного электрода из диоксида свинца (PbO 2 ) и сернокислотного электролита. Общая реакция ячейки:

    Pb + PbO2 + 2h3SO4 → 2PbSO4 + 2h3O.

    Напряжение свинцово-кислотных элементов в разомкнутой цепи примерно 2 В; Таким образом, стандартная батарея на 12 В (SLI) состоит из шести отдельных ячеек, соединенных последовательно.Во время разряда сульфат свинца (PbSO 4 ) образуется в виде электродов Pb и PbO 2 с водой (H 2 O) в качестве побочного продукта реакции. Поскольку удельный вес (SG) или плотность H 2 SO 4 заметно отличается от удельного веса H 2 O, SG электролита можно удобно использовать для контроля состояния заряда элементов и батареи и для выявления «мертвых» клеток. Удельный вес свинцово-кислотных элементов зависит от типа конструкции батареи; полностью заряженные элементы обычно имеют удельную плотность около 1.3, тогда как удельный вес полностью разряженных элементов обычно составляет 1,2 или ниже.

    Свинцово-кислотные батареи собираются в разряженном состоянии из электродов, которые производятся путем реакции PbO, Pb и серной кислоты с образованием «трехосновного» (3PbO · PbSO 4 ) и «четырехосновного» (4PbO · PbSO 4 ) соли, которые либо наклеиваются на плоские свинцовые сетки, либо уплотняются в пористые трубчатые электродные контейнеры с центральным токосъемным стержнем, а затем отверждаются в контролируемых условиях влажности и температуры.Процесс образования (начального заряда) необходим для превращения солей в Pb и PbO 2 на отрицательном и положительном электродах соответственно. Красный свинец (Pb 3 O 4 ), который является более проводящим, чем PbO, иногда добавляют к положительному электроду, чтобы способствовать образованию PbO 2 .

    Поскольку Pb - мягкий металл (точка плавления 327 ° C), небольшие количества добавок, таких как сурьма, кальций и селен, были использованы для повышения устойчивости свинцовых решеток к нагрузкам.Сурьма, в частности, значительно увеличивает механическую прочность решеток, но также увеличивает их электрическое сопротивление. Дополнительным недостатком сурьмы является то, что во время зарядки может образовываться токсичный стибен (SbH 3 ), что исключает использование свинцово-кислотных аккумуляторов со свинцово-сурьмянистыми электродами в плохо вентилируемых зонах, например, при подземных горных работах и ​​на подводных лодках.

    Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов также может быть опасной. Напряжение свинцово-кислотных аккумуляторов (2 В) выше, чем требуется для электролиза воды, в результате чего во время зарядки аккумуляторов выделяются водород и кислород.Усовершенствования были сделаны с введением свинцово-кислотных («необслуживаемых») батарей с регулируемым клапаном, в которых выделяющийся кислород рекомбинируется со свинцом на отрицательном электроде и в которых выделяемый водород может быть минимизирован добавлением олова к свинцовые сетки, вентилируемые. Тем не менее, выделение водорода может представлять опасность для некоторых конструкций свинцово-кислотных аккумуляторов. Другой неизбежной и неотъемлемой опасностью свинцово-кислотных аккумуляторов является потенциальный риск разлива сернокислотного электролита, который является коррозионным и может вызвать серьезные химические ожоги.

    3.2 Транспортные приложения

    Несмотря на относительно низкую удельную энергию, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи нашли широкое применение во многих транспортных средствах, как уже отмечалось ранее, где радиус действия транспортного средства не является первостепенным. Недостатки, которые в конечном итоге будут иметь значение для свинцово-кислотных аккумуляторов для транспортных средств перед лицом новых альтернативных технологий, - это их относительно низкая удельная энергия и разрушение при длительном хранении, если они хранятся в разряженном состоянии.Тем не менее за последние несколько лет General Motors добилась больших успехов в разработке компактного электромобиля ограниченного производства, известного как EV1, который сейчас находится во втором поколении. Расчетный запас хода составляет 55–95 миль, в зависимости от условий движения, что достигается за счет аэродинамической, легкой конструкции и рекуперативного торможения аккумуляторной батареи. Самое большое преимущество свинцово-кислотных аккумуляторов перед конкурентными технологиями - это стоимость; они в 10 раз дешевле современных никель-металлогидридных, литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, которые разрабатываются для высокопроизводительных транспортных средств.

    Руководство по техническому обслуживанию аккумулятора вилочного погрузчика | BHS

    Чем дольше срок службы аккумуляторов погрузчика, тем ниже ваши расходы. Большинство свинцово-кислотных аккумуляторных батарей для вилочных погрузчиков обеспечивают около 2000 циклов зарядки, что обычно составляет около пяти лет службы. Но даже такой срок службы может быть достигнут только при правильном уходе.

    Чтобы получить максимальную отдачу от своих инвестиций, вам следует установить регулярные интервалы технического обслуживания для всех батарей. При правильном уходе многие свинцово-кислотные батареи могут прослужить намного дольше, чем срок их гарантии, обеспечивая работу вилочных погрузчиков на годы, превышающие типичный срок службы промышленных аккумуляторов.

    Существует три основных задачи по техническому обслуживанию, которые обеспечивают надежное обслуживание аккумуляторов вилочного погрузчика: полив элементов, мытье корпуса аккумулятора и проведение регулярных выравнивающих зарядов. Далее следует подробное объяснение каждой задачи, а также советы по безопасному выполнению каждой работы.

    Полив аккумуляторной батареи для вилочного погрузчика

    Рис. 1. Система деионизации воды (WDS-1) очищает воду прямо из-под крана, чтобы максимизировать производительность батареи, а также включает в себя индикатор чистоты, который контролирует состояние системы.

    Электролит аккумулятора представляет собой смесь серной кислоты и деионизированной воды (не обязательно дистиллированной воды). Когда уровень воды становится низким, пластины аккумулятора могут находиться на открытом воздухе. Это вызывает окисление, которое необратимо снижает емкость и сокращает общий срок службы батареи.

    Помимо потерь воды от простого испарения, в процессе зарядки вода разбивается на составные молекулы. По мере того, как водород и кислород выливаются из вентиляционных отверстий батареи, уровень воды в элементах снижается.Чрезмерная потеря воды может быть признаком того, что батарея выделяет больше газа, чем следовало бы. Если вы заметили, что во время зарядки аккумулятор теряет больше воды, чем обычно, обратитесь к специалисту для проверки аккумулятора и зарядного устройства.

    Помните эти советы при поливе аккумуляторов вилочного погрузчика:

    • Аккумуляторы для водных погрузчиков только после зарядки, а не до нее. Электролит расширяется во время процесса зарядки, и добавление воды до полной зарядки может привести к чрезмерному поливу, что является основной причиной выкипания.
    • Используйте чистую неионизированную воду. Во многих муниципалитетах водопроводная вода содержит добавки или минералы. Эти загрязнители накапливаются на элементах при испарении воды, оставляя слои осадка, уменьшающие емкость аккумулятора. Если вы живете в районе с жесткой водой, используйте систему деионизации воды для очистки воды перед добавлением ее в клетки. (Примечание: некоторые ресурсы рекомендуют дистиллированную воду. Дистиллированная вода часто более чистая, чем деионизированная, но также намного дороже. Правильно деионизированная вода идеально подходит для аккумуляторных батарей вилочных погрузчиков).
    • Заполните элементы батареи примерно на 1/4 дюйма над защитным элементом элемента. Это одна из лучших практик в области промышленных аккумуляторов, которую рабочие часто игнорируют. К сожалению, переполнение или недостаточное заполнение элемента батареи может иметь серьезные последствия, о чем мы поговорим чуть позже.
    • Для достижения наилучших результатов установите интегрированную систему полива. Эта система устанавливается на шкаф зарядного устройства со шлангами, ведущими к аккумуляторным элементам. Его можно настроить на автоматический полив нескольких батарей, который активируется сразу после завершения цикла зарядки.Сокращение времени зарядки имеет очевидные последствия для вашего предприятия в целом.
    • Производители аккумуляторов рекомендуют поливать аккумуляторы вилочного погрузчика один раз в неделю. Старые батареи могут потребовать более частого полива, и их следует проверять чаще.

    Однако постоянная потребность в поливе может быть признаком того, что с аккумулятором или зарядным устройством что-то не так. Если в одном из блоков постоянно наблюдается низкий уровень воды, проведите тщательный осмотр аккумулятора и его зарядного оборудования.

    Узнайте больше в нашем полном руководстве по поливу аккумуляторов для вилочных погрузчиков.

    Рекомендации по использованию промышленных аккумуляторов

    : выравнивающие заряды

    Со временем разные ячейки в погрузчиках могут развивать несколько разную мощность. Когда это происходит, пользователи не могут заряжать батареи до полной мощности; одна ячейка может быть полностью заряжена, а другая - только наполовину.

    Уравнительные заряды предотвращают эту неэффективность. По сути, уравнительный заряд - это целенаправленное завышение.Типичный цикл зарядки длится около восьми часов, в то время как выравнивающий заряд требует дополнительных трех часов или около того. Зарядные устройства продолжают обеспечивать низкий поток энергии в последние часы.

    Эта практика также предотвращает расслоение, потенциально опасное состояние, при котором кислота и вода разделяются внутри клеток. На заключительных этапах выравнивающей зарядки аккумуляторы вилочных погрузчиков выделяют водород и кислород. Эти выходящие газы образуют пузырьки, которые перемешивают электролит, предотвращая расслоение.

    Обратите внимание, что для выравнивающих зарядов требуется более длительное время охлаждения, чем при обычном цикле зарядки. Поскольку большинство производителей аккумуляторов рекомендуют еженедельный выравнивающий заряд, многие операторы выполняют эту задачу в выходные дни, обеспечивая достаточно времени как для зарядки, так и для охлаждения перед следующей сменой.

    Мойка аккумуляторов для вилочного погрузчика

    Существует несколько способов выхода электролита из аккумулятора погрузчика и его накопления на ящиках аккумулятора:

    • Поскольку батареи выделяют газ во время зарядки, мелкодисперсный кислотный пар может подниматься к верху ящиков батареи.
    • Взбалтываемый электролит может вылиться из вентиляционных отверстий батареи во время процесса зарядки - явление, обычно известное как «выкипание». Чрезмерный полив клеток увеличивает риск выкипания.
    • Из батарей может протекать электролит. Если они хранятся в многоярусных стеллажах, а поддоны не устанавливаются или не меняются регулярно, батареи на верхних уровнях могут капать электролит на расположенные ниже.

    Остатки кислоты, скапливающиеся на корпусах аккумуляторных батарей вилочного погрузчика, могут вызвать самые разные проблемы.Во-первых, это может создать токопроводящую цепь между выводами и стальным корпусом. Это вызывает низкоуровневый, но постоянный саморазряд, сжигание циклов зарядки и ограничение срока службы аккумулятора.

    Во-вторых, накопление кислоты может вызвать коррозию клемм. Поврежденные клеммы могут вызвать проблемы с электричеством в погрузчиках, а также ограничить емкость аккумулятора. Они могут даже сделать батарею непригодной для использования.

    Регулярно протирайте верхнюю часть ящиков аккумуляторных батарей кислотонейтрализующим обезжиривающим средством, например AcidSafe Liquid.Просто убедитесь, что вентиляционные колпачки плотно закрыты перед любой операцией стирки. Случайное введение нейтрализаторов в электролит приведет к разрушению аккумулятора.

    В дополнение к регулярной чистке верхней части аккумулятора, а также после выкипания или проливания, тщательно мойте аккумуляторы вилочного погрузчика два-четыре раза в год, в зависимости от использования. Продавец аккумуляторов с комплектом шкафа для мойки аккумуляторов может просто предоставить эту услугу на месте с минимальным временем простоя аккумуляторов для вилочных погрузчиков.

    Техники прибывают с портативным шкафом для мытья батарей, укомплектованным карманами для вилок для облегчения доставки.Два резервуара емкостью 330 галлонов позволяют им забирать пресную воду, собирать весь сток с мытья и уносить использованную воду для повторного использования и / или утилизации в соответствии с федеральными и местными экологическими нормами.

    Советы по безопасности при мытье и поливе аккумуляторов вилочного погрузчика

    Рис. 2. Работа с аккумуляторами промышленных вилочных погрузчиков может быть опасной задачей. Важно, чтобы руководство предлагало средства индивидуальной защиты, а персонал принимал меры предосторожности, используя средства индивидуальной защиты.

    При техническом обслуживании аккумуляторной батареи вилочного погрузчика

    сотрудники часто оказываются в непосредственной близости от кислотного электролита, что может вызвать серьезные химические ожоги или даже слепоту.

    Управление по охране труда требует, чтобы работодатели предоставляли средства индивидуальной защиты и станции для промывки глаз всем сотрудникам, которые поливают и моют аккумуляторы вилочных погрузчиков. Средства индивидуальной защиты для мытья и полива батарей должны включать:

    • Очки для защиты от химикатов
    • Защита от брызг химикатов
    • Кислотостойкая куртка или фартук
    • Перчатки кислотостойкие
    • Ботинки HAZ-MAT

    Помимо защиты от брызг кислоты, персонал аккумуляторной комнаты должен соблюдать все меры безопасности, рекомендованные OSHA.К ним относятся следующие:

    • Батарейные помещения являются зоной, свободной от табачного дыма, и должны иметь соответствующие знаки.
    • На других вывесках для аккумуляторных батарей должны быть указаны опасности поражения электрическим током, станции для промывки глаз, комплекты для сбора утечек и зоны движения погрузчиков.
    • Никогда не носите металлические украшения при работе с аккумуляторными батареями для вилочного погрузчика.
    • Избегайте контакта с клеммами или элементами аккумуляторной батареи, чтобы предотвратить электрические ожоги.
    • Не используйте металлические инструменты рядом с батареями. Только неискрящие инструменты безопасны для обслуживания аккумуляторной батареи.
    • Выберите искробезопасное оборудование, чтобы свести к минимуму опасность взрыва.
    • Храните батареи только в помещениях с механической вентиляцией и детекторами газообразного водорода.

    Контрольный список для обслуживания аккумуляторной батареи вилочного погрузчика

    В зависимости от использования и области применения некоторым пользователям вилочных погрузчиков может потребоваться увеличить или уменьшить интервалы технического обслуживания. Однако в качестве общего руководства следуйте этому контрольному списку:

    Рис. 3. В качестве общего правила поливайте батареи
    еженедельно с помощью водяного пистолета (WGX), ежемесячно очищайте верхнюю часть ящиков батарей с помощью AcidSafe Liquid (ASL) и мойте батареи каждые несколько месяцев с помощью шкафа для мойки батарей (BWC).

    Еженедельные задачи обслуживания

    • Проверить уровни электролита.
    • Водяные элементы при необходимости (после зарядки).
    • Проверить, нет ли остатков на аккумуляторных отсеках; при необходимости очистите с помощью AcidSafe.
    • После зарядки измерьте удельный вес с помощью ареометра. Стандартные аккумуляторные батареи для вилочных погрузчиков, полностью заряженные, обычно должны иметь идеальный удельный вес 1,285 (уточните у производителей). Если удельный вес отличается от одной ячейки к другой, попробуйте выравнивающий заряд.
    • Обеспечивает выравнивающий заряд с достаточным временем охлаждения.

    Ежемесячные работы по техническому обслуживанию

    • Тщательно осмотрите аккумуляторные батареи. Обратите внимание на признаки коррозии на клеммах. Проверить разъемы и кабели на предмет повреждений.
    • Очистите верхнюю часть ящиков батарей с помощью AcidSafe или аналогичного нейтрализующего средства.
    • После зарядки измерьте удельный вес с помощью ареометра. Стандартные аккумуляторные батареи для вилочных погрузчиков, полностью заряженные, обычно должны иметь идеальный удельный вес 1.285 (уточняйте у производителя). Если удельный вес отличается от одной ячейки к другой, попробуйте выравнивающий заряд.

    Каждые три-шесть месяцев

    • Тщательно вымойте батареи. Батарейные моечные шкафы автоматизируют процесс, включая дополнительные нейтрализующие вещества и сушку на воздухе по завершении стирки.
    • Отправьте использованные батареи в службы утилизации.

    Продавцы аккумуляторов для вилочных погрузчиков могут предлагать пакеты услуг, которые включают все эти услуги по техническому обслуживанию; спросите своего провайдера.В качестве альтернативы, операторы аккумуляторной комнаты могут обеспечить собственное обслуживание, чтобы продлить срок службы всей коллекции аккумуляторов. Тем не менее, независимо от того, кто предоставляет услуги, обслуживание аккумуляторов является важной частью прибыльного парка вилочных электропогрузчиков.

    Артикул:

    Фауст, Брайан. «Правильный уход, безопасность и обслуживание аккумуляторов вилочного погрузчика». MHLNews. Пентон, 21 ноября 2014 г. Web. 13 декабря 2016 г.

    «Инструкции по уходу за аккумулятором вилочного погрузчика». ФлитманКонсалтинг .Fleetman Consulting, n.d. Интернет. 13 декабря 2016 г.

    «Механические промышленные грузовики (вилочные погрузчики)». OSHA . Управление по охране труда и технике безопасности, Министерство труда США, n.d. Интернет. 13 декабря 2016 г.

    Редель, Кевин. «Зарядка, полив и очистка аккумулятора вилочного погрузчика». Вилочный погрузчик, Америка. Forklift America, 6 марта 2016 г. Интернет. 13 декабря 2016 г.

    Скьяво, Брайан. «Это продолжается и продолжается…» FoodLogistics . AC Business Media, 16 декабря.2008. Интернет. 13 декабря 2016 г.

    Новая конструкция электролита может улучшить аккумуляторы для электромобилей

    Новый электролит на основе лития, изобретенный учеными Стэнфордского университета, может проложить путь для следующего поколения электромобилей с батарейным питанием.

    Обычный (прозрачный) электролит слева и новый электролит Стэнфордского университета справа. (Изображение предоставлено: Чжиао Юй)

    В исследовании, опубликованном 22 июня в журнале Nature Energy , исследователи из Стэнфорда демонстрируют, как их новая конструкция электролита повышает производительность литий-металлических батарей - многообещающей технологии для питания электромобилей, ноутбуков и других устройств.

    «Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях, которые быстро приближаются к своему теоретическому пределу по плотности энергии», - сказал соавтор исследования И Цуй, профессор материаловедения и инженерии, а также фотоники в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. «Наше исследование было сосредоточено на литий-металлических батареях, которые легче, чем литий-ионные, и потенциально могут обеспечивать больше энергии на единицу веса и объема».

    Литий-ионный против металлического лития

    Литий-ионные батареи

    , используемые во всем, от смартфонов до электромобилей, имеют два электрода - положительно заряженный катод, содержащий литий, и отрицательно заряженный анод, обычно сделанный из графита.Раствор электролита позволяет ионам лития перемещаться между анодом и катодом, когда батарея используется и когда она заряжается.

    кандидатов наук и ведущих авторов Хансен Ван (слева) и Чжиао Ю (справа) тестируют экспериментальную ячейку в своей лаборатории. (Изображение предоставлено: Hongxia Wang.)

    Литий-металлический аккумулятор может содержать в два раза больше электроэнергии на килограмм, чем современные литий-ионные аккумуляторы. Литий-металлические батареи делают это путем замены графитового анода металлическим литием, который может хранить значительно больше энергии.

    «Литий-металлические батареи очень перспективны для электромобилей, где вес и объем имеют большое значение», - сказал соавтор исследования Женан Бао, K.K. Ли Профессор инженерной школы. «Но во время работы анод из металлического лития вступает в реакцию с жидким электролитом. Это вызывает рост микроструктур лития, называемых дендритами, на поверхности анода, что может привести к возгоранию батареи и ее выходу из строя ».

    Исследователи потратили десятилетия, пытаясь решить проблему дендритов.

    «Электролит был ахиллесовой пятой литий-металлических батарей», - сказал соавтор исследования Чжао Юй, аспирант по химии. «В нашем исследовании мы используем органическую химию для рационального проектирования и создания новых стабильных электролитов для этих батарей».

    Электролит новый

    Для исследования Ю и его коллеги выяснили, могут ли они решить проблемы стабильности с помощью обычного, коммерчески доступного жидкого электролита.

    «Мы предположили, что добавление атомов фтора к молекуле электролита сделает жидкость более стабильной», - сказал Ю.«Фтор - широко используемый элемент в электролитах литиевых батарей. Мы использовали его способность притягивать электроны, чтобы создать новую молекулу, которая позволяет аноду из металлического лития хорошо работать в электролите ».

    В результате получилось новое синтетическое соединение, сокращенно FDMB, которое можно легко производить в больших объемах.

    «Конструкции электролитов становятся очень экзотичными, - сказал Бао. «Некоторые из них оказались многообещающими, но их производство очень дорогое. Молекула FDMB, которую придумал Чжиао, легко производить в больших количествах и довольно дешево.”

    «Невероятная производительность»

    Команда Стэнфорда провела испытания нового электролита в литий-металлической батарее.

    Результаты были впечатляющими. Экспериментальная батарея сохранила 90 процентов своего первоначального заряда после 420 циклов зарядки и разрядки. В лабораториях типичные литий-металлические батареи перестают работать примерно через 30 циклов.

    Исследователи также измерили, насколько эффективно ионы лития переносятся между анодом и катодом во время зарядки и разрядки, это свойство известно как «кулоновская эффективность».”

    «Если вы зарядите 1000 ионов лития, сколько вы получите обратно после разрядки?» - сказал Цуй. «В идеале вы хотите 1000 из 1000 для 100-процентного кулоновского КПД. Чтобы быть коммерчески жизнеспособным, элемент батареи должен иметь кулоновскую эффективность не менее 99,9 процента. В нашем исследовании мы получили 99,52 процента в половинных ячейках и 99,98 процентов в полных ячейках; невероятная производительность ».

    Безанодный аккумулятор

    Для потенциального использования в бытовой электронике команда Стэнфордского университета также провела испытания электролита FDMB в безанодных литий-металлических ячейках - коммерчески доступных батареях с катодами, которые поставляют литий на анод.

    «Идея состоит в том, чтобы использовать литий только на катодной стороне, чтобы уменьшить вес», - сказал соавтор исследования Хансен Ван, аспирант в области материаловедения и инженерии. «Безанодная батарея проработала 100 циклов, прежде чем ее емкость упала до 80 процентов - не так хорошо, как эквивалентная литий-ионная батарея, которая может выдерживать от 500 до 1000 циклов, но по-прежнему является одной из самых эффективных безанодных ячеек».

    «Эти результаты показывают многообещающие результаты для широкого диапазона устройств», - добавил Бао. «Легкие безанодные батареи станут привлекательным элементом для дронов и многих других видов бытовой электроники.”

    Аккумулятор 500

    Министерство энергетики США (DOE) финансирует большой исследовательский консорциум под названием Battery500, чтобы сделать литий-металлические батареи жизнеспособными, что позволит производителям автомобилей создавать более легкие электромобили, способные преодолевать гораздо большие расстояния между зарядками. Это исследование было частично поддержано грантом консорциума, в который входят Стэнфорд и SLAC.

    За счет улучшения анодов, электролитов и других компонентов Battery500 стремится почти в три раза увеличить количество электроэнергии, которое может выдавать литий-металлическая батарея, с примерно 180 ватт-часов на килограмм, когда программа стартовала в 2016 году, до 500 ватт-часов на килограмм.Более высокое отношение энергии к весу, или «удельная энергия», является ключом к решению проблемы запаса хода, которую часто испытывают потенциальные покупатели электромобилей.

    Перейдите на веб-сайт для просмотра видео.

    Чжиао Юй

    Испытание на воспламеняемость обычного карбонатного электролита (слева) и нового электролита FDMB (справа), разработанных в Стэнфорде. Обычный карбонатный электролит воспламеняется сразу после прикосновения к пламени, но электролит FDMB может выдерживать прямое пламя в течение как минимум трех секунд.

    «Безанодная батарея в нашей лаборатории показала около 325 ватт-часов на килограмм удельной энергии, приличное число», - сказал Цуй. «Нашим следующим шагом могла бы стать совместная работа с другими исследователями Battery500 над созданием ячеек, которые приблизятся к цели консорциума - 500 ватт-часов на килограмм».

    Помимо более длительного срока службы и лучшей стабильности, электролит FDMB также гораздо менее воспламеняем, чем обычные электролиты, как исследователи продемонстрировали в этом встроенном видео.

    «Наше исследование в основном обеспечивает принцип конструкции, который люди могут применять для создания более качественных электролитов», - добавил Бао. «Мы только что показали один пример, но есть много других возможностей».

    Среди других соавторов Стэнфордского университета Цзянь Цинь, доцент кафедры химического машиностроения; докторанты Сянь Конг, Кеченг Ван, Вэньсяо Хуанг, Снехашис Чоудхури и Чибуезе Аманчукву; аспиранты Уильям Хуанг, Ючи Цао, Дэвид Маканич, Ю Чжэн и Саманта Хунг; и студенты Ютинг Ма и Эдер Ломели.Синьчан Ван из Университета Сямэня также является соавтором. Чжэнань Бао и И Цуй - старшие научные сотрудники Стэнфордского института энергетики прекурс. Цуй также является ведущим исследователем в Стэнфордском институте материаловедения и энергетики, совместной исследовательской программе SLAC / Стэнфорд.

    Эта работа также была поддержана Программой исследования материалов для аккумуляторов в Департаменте транспортных технологий Министерства энергетики США. Средство, используемое в Стэнфорде, поддерживается Национальным научным фондом.

    Чтобы читать все статьи о Стэнфордской науке, подпишитесь на еженедельный выпуск Stanford Science Digest .

    DOE объясняет ... Батареи | Министерство энергетики

    Батареи и аналогичные устройства принимают, хранят и отпускают электроэнергию по запросу. Батареи используют химию в форме химического потенциала для хранения энергии, как и многие другие повседневные источники энергии. Например, бревна хранят энергию в своих химических связях, пока при горении энергия не преобразуется в тепло. Бензин - это запасенная химическая потенциальная энергия, пока она не преобразуется в механическую энергию в автомобильном двигателе.Точно так же, чтобы батареи работали, электричество должно быть преобразовано в форму химического потенциала, прежде чем оно может быть легко сохранено. Батареи состоят из двух электрических клемм, называемых катодом и анодом, разделенных химическим материалом, называемым электролитом. Чтобы принимать и высвобождать энергию, батарея подключается к внешней цепи. Электроны движутся по цепи, в то время как одновременно ионы (атомы или молекулы с электрическим зарядом) движутся через электролит. В перезаряжаемой батарее электроны и ионы могут двигаться в любом направлении через цепь и электролит.Когда электроны движутся от катода к аноду, они увеличивают химическую потенциальную энергию, заряжая таким образом аккумулятор; когда они движутся в другом направлении, они преобразуют эту химическую потенциальную энергию в электрическую цепь и разряжают батарею. Во время зарядки или разрядки противоположно заряженные ионы перемещаются внутри батареи через электролит, чтобы уравновесить заряд электронов, проходящих через внешнюю цепь, и создать устойчивую перезаряжаемую систему. После зарядки аккумулятор может быть отключен от цепи для хранения химической потенциальной энергии для последующего использования в качестве электричества.

    Батареи были изобретены в 1800 году, но их химические процессы сложны. Ученые используют новые инструменты, чтобы лучше понять электрические и химические процессы в батареях, чтобы создать новое поколение высокоэффективных аккумуляторов электроэнергии. Например, они разрабатывают улучшенные материалы для анодов, катодов и электролитов в батареях. Ученые изучают процессы в аккумуляторных батареях, потому что они не полностью меняются, когда батарея заряжается и разряжается.Со временем отсутствие полной замены может изменить химический состав и структуру материалов батареи, что может снизить производительность и безопасность батареи.

    Департамент науки и хранения электроэнергии Министерства энергетики США

    Исследования, проведенные при поддержке Управления науки Министерства энергетики США и Управления фундаментальных энергетических наук (BES), привели к значительным улучшениям в хранении электроэнергии. Но мы все еще далеки от комплексных решений для хранения энергии следующего поколения с использованием совершенно новых материалов, которые могут значительно увеличить количество энергии, которое может хранить батарея.Это хранилище имеет решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии в нашу систему электроснабжения. Поскольку усовершенствование аккумуляторных технологий имеет важное значение для широкого использования подключаемых к электросети электромобилей, хранение также является ключом к уменьшению нашей зависимости от нефти при транспортировке.

    BES поддерживает исследования отдельных ученых и в многопрофильных центрах. Самый крупный центр - Объединенный центр исследований в области накопления энергии (JCESR), центр энергетических инноваций Министерства энергетики США. Этот центр изучает электрохимические материалы и явления на атомном и молекулярном уровне и использует компьютеры для разработки новых материалов.Эти новые знания позволят ученым разработать более безопасные накопители энергии, которые служат дольше, заряжаются быстрее и обладают большей емкостью. По мере того как ученые, поддерживаемые программой BES, достигают новых успехов в науке об аккумуляторах, эти достижения используются прикладными исследователями и промышленностью для продвижения приложений в области транспорта, электросетей, связи и безопасности.

    Факты о хранении электрической энергии

    • Нобелевская премия по химии 2019 г. была присуждена совместно Джону Б.Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акира Йошино «за разработку литий-ионных батарей».
    • Электролитный геном в JCESR создал вычислительную базу данных с более чем 26 000 молекул, которую можно использовать для расчета ключевых свойств электролита для новых, усовершенствованных батарей.

    Ресурсы и связанные термины

    Научные термины могут сбивать с толку. DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и концепций фундаментальной науки.В нем также описывается, как эти концепции применимы к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, поскольку это помогает Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях во всем научном спектре.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *