Количество электролита в аккумуляторе: Сколько литров электролита в сухой батарее

Содержание

Сколько электролита в аккумуляторе на 60 Ампер, 55 Ампер, 190 Ампер

Аккумуляторные батареи

Аккумуляторные батареи отличаются емкостными характеристиками: 55ah, 60ah, 70ah, 44ah и технологией производства. Индикация ампер-часов (Ah) измеряет емкость аккумулятора – количество тока, которое принято при постоянной температуре 27° C в течение 20 часов до напряжения 1,75 вольт на ячейку батареи. Какие технологии используют в АКБ, содержимое батарей – об этом узнаете ниже.

Содержание статьи:

1 Характеристики аккумуляторной батареи зависят от материала пластины
- 1.1 Узнай время зарядки своего аккумулятора
2 Значение заряда АКБ и плотности электролита
3 О заправке АКБ электролитом

Характеристики аккумуляторной батареи зависят от материала пластины

Кальций (CA + / Ca-). Преимущества:

Диагностика АКБ

низкое потребление воды,
безопасность при авариях,
низкий уровень саморазряда.

Кальциевые батареи рекомендуют, если батарея установлена в моторном отсеке и поэтому подвержена воздействию высоких температур или установлена в труднодоступном месте. В новых автомобилях производители теперь используют 90% этого типа батареи.

Гибрид (сурьма + / CA-). Высокое потребление воды по сравнению с чистыми батареями кальция. Время от времени дистиллированную воду пополняют. Таким образом, этот тип аккумулятора распознают по наличию пробки для долива воды. Для дорогих брендовых АКБ потребление воды практически сводится к 0.

Пластины сурьма (сурьма + / сурьма) Редко используется как стартерная батарея. Высокая прочность цикла, но ограниченный ток холодного пуска. Необходимо частое наполнение водой.

АКБ обслуживаемого типа

Из перечисленных выше, рассмотрим АКБ обслуживаемого типа – (сурьма + / Cа- ) и (сурьма + / сурьма – ) свинцово-кислотные батареи, где за счет химической реакции серной кислоты, воды, свинца на электродах батареи образуются электрические заряды.

При этом часть химических веществ теряют массу. В большей степени это касается воды.

Снижение уровня электролита в банках аккумулятора происходит за счет уменьшения объема воды. Концентрация серной кислоты при этом не снижается, а может увеличится. Вот почему при отсутствии утечек электролита в банки аккумулятора добавляют дистиллированную воду, чтобы закрыть верхний край пластин на 3-5 мм или до контрольной отметки.

Значение заряда АКБ и плотности электролита

Поскольку уровень заряда батареи будет зависеть от количественного состава химических элементов, участвующих в электролизе, логично предположить, что размеры пластин, вместимость банок – будут отличаться. Если сравнить 45Ah и 75Ah аккумуляторы, то геометрические размеры и вес последнего будут больше.

Свинцово-кислотные обслуживаемые батареи лучше хранятся в сухом виде, не заправленные электролитом. Так будет происходить окисление пластин, но это гораздо меньше, чем потеря массы пластин во время химической реакции. Электролит, если готовить самостоятельно, смешивают в рекомендованных пропорциях.

О заправке АКБ электролитом

Аккумуляторные заводы дают инструкцию по заправке АКБ. В автомагазинах продают уже готовые электролиты и дистиллированную воду. Воспользуйтесь таблицей для получения 1л электролита.

Требуемая плотность электролита, г/см³ приведенная к температуре 25°С	Исходное количество воды, л	Требуемое количество кислоты в л плотностью 1,4г/см³ при температуре 25°С
1,22	0,490	0,522
1,23	0,463	0,549
1,24	0,436	0,576
1,25	0,410	0,601
1,26	0,383	0,628
1,27	0,357	0,652
!,28	0,330	0,680
1,29	0,302	0,705

Ареометр

Узнать плотность электролита в АКБ можно ареометром. Как пользоваться указано в прилагаемой инструкции. В зависимости от температуры делается поправка. Если, например, +15°С, то поправка 0, затем на каждые 15 градусов вверх или вниз делается поправка на 0,01г/см3, например, при – 15°С поправку делают – 0,02г/см3.

Раствор электролита готовят из расчета объема, указанного в паспорте. В АКБ 50Ah, 75Ah, 90Ah, 190Ah объем электролита примерно составит 2,5л, 4л, 5л, 10л. Зависит от производителя.

В действительности, уход за обслуживаемыми АКБ, заключается в проверке плотности электролита и заряженности батареи. Надо хотя бы раз в год, в особенности при подготовке к зиме, проверять уровень и плотность электролита, а если АКБ со стажем, то и чаще.

Внимание! Во время работы с электролитом соблюдайте меры предосторожности: работайте в очках и перчатках в проветриваемом помещении. Добавляйте кислоту в воду, а не наоборот. При попадании раствора на кожу, обильно промойте участок проточной водой с добавлением пищевой соды. Используйте посуду стойкую к кислоте: стекло, керамика, эбонит, пластик.

Если обнаружили, что уровень электролита упал ниже контрольной отметки, проделайте следующее:

АКБ

Снимите аккумулятор и занесите в теплое проветриваемое помещение.

Добавьте дистиллированную воду до отметки уровня: на 3-5 мм сверху пластин.
Зарядным устройством зарядите аккумулятор.
Если после этого плотность ниже нормы, например, 1,19 – 1,21г/см3, то добавьте электролит, который продается уже в готовом виде плотностью 1,34 – 1,40г/см3. Для этого откачайте грушей электролит из банки и влейте туда свежий.
Внимание! Ни в коем случае не переворачивайте АКБ вверх дном, возможно замыкание пластин отслоившимися кусочками свинца со дна аккумуляторной банки.
Проделайте эту операцию с другими банками, доведя плотность до нормальной. Для умеренного климата 1,25 – 1,27г/см3. Для суровых условий плотность 1,29г/см3.
Опять зарядите аккумулятор 10% — током Ah аккумулятора, например, если это 60Ah, то ток зарядки сделайте 6А.

Следите за зарядкой, не допускайте разрядов, поддерживайте уровень электролита в банках АКБ. Не допускайте саморазряда аккумулятора, который возможен при неисправностях электропроводки, не плотных контактах, утечках заряда по грязному корпусу аккумулятора. Продлите жизнь АКБ выше гарантийного срока.

Вопрос-Ответ (FAQ) – Аккумуляторный центр АВТОМИР в Оренбурге

Остались вопросы?

Наши специалисты с удовольствием помогут!

Звоните с 9:00 до 20:00!

8 (3532) 60-00-03

Популярные вопросы по эксплуатации аккумулятора

Почему не стоит производить зарядку самостоятельно?

Прошли времена, когда аккумулятор просто подключали к зарядному устройству и оставляли на ночь. Зарядку АКБ нужно производить с определенной “скоростью”, иначе вас ждут разные неприятности. В идеале, зарядный ток для обычной свинцово-кислотной батареи должен составлять 10% от ее ампер-часовой характеристики. Например, полностью разрядившийся аккумулятор емкостью 50 ампер-часов следует заряжать при силе тока 5 ампер в течение десяти часов. Зарядка должна проходить со снятыми крышками и с соблюдением всех технологических тонкостей. Кроме того, зарядка аккумуляторов в домашних условиях несёт за собой определенные негативные последствия.
При зарядке аккумулятора в воздух помещения выделяется сернистый газ, мышьяковистый водород (арсин), сурмилистый водород (стибин), хлористый водород и другие химические вещества. Высокая концентрация этих токсических газов в воздухе очень вредна для человека. Именно такая концентрация, превышающая все допустимые нормы, создается в квартире, если заряжать аккумулятор дома. В результате ухудшается самочувствие, нередко появляются кашель, головная боль. Токсические вещества оказывают неблагоприятное воздействие не только в те часы, когда происходит зарядка аккумулятора. Они оседают на стенах, мягкой мебели, одежде, словом, на всем, что есть в квартире, и в течение длительного времени выделяются в воздух помещения. Специалисты называют этот процесс вторичным загрязнением.
К тому же, во время зарядки аккумулятора выделяется большое количество водорода, который, соединяясь с содержащимся в воздухе кислородом, становится взрывоопасным. Взрыв может произойти от малейшей искры, зажженной спички, огонька сигареты.
Поэтому зарядку аккумулятора лучше проводить в специализированном центре, доверив этот процесс профессионалам.

Можно ли использовать разные грузовые аккумуляторы на одном автомобиле (разные марки аккумуляторов, новый аккумулятор и старый)?

Использование таких батарей запрещено во избежание преждевременного выхода из строя нового аккумулятора, поскольку внутреннее сопротивление у старой батареи отличается от внутреннего сопротивления новой так же, как и характер реакции при отдаче и приеме заряда.

Что, если емкость аккумулятора превышает рекомендованную производителем автомобиля?

Обычно аккумулятор, емкостью превышающей рекомендованную производителями автомобилей, устанавливают, если автомобиль находится в зоне низких температур, либо при использовании дополнительного оборудования. В таком случае, основным условием эксплуатации подобной батареи является полное соответствие по габаритным размерам согласно посадочному месту аккумулятора на автомобиле и его креплению. Мощность генератора при этом должна соответствовать устанавливаемой аккумуляторной батарее. Как правило, в северных регионах, какая ёмкость аккумулятора является максимально возможной для автомобиля, ту и устанавливают на автомобиль – это значительно улучшает запуск двигателя в морозы.

С какой периодичностью необходимо наблюдать за уровнем электролита в аккумуляторе?

Как правило, уровень электролита в аккумуляторе рекомендуется проверять 1 раз в 2 месяца, однако при жаркой погоде проверку необходимо проводить 1 раз в месяц.

Как восстановить уровень электролита в аккумуляторе?

Для повышения уровня электролита до нормы необходимо долить дистиллированную воду, но ни в коем случае не электролит. Помните, что уровень электролита должен находиться в пределах 1,5-2 см от верхней кромки пластин. Так как вода медленно перемешивается с электролитом в АКБ, зимой при низких температурах это способствует появлению льда в верхнем слое электролита, поэтому зимой воду необходимо добавлять непосредственно перед зарядкой, но при этом внимательно следить за уровнем электролита.

Как “прикуривать” автомобиль правильно?

1)убедитесь в том, что двигатель донора заглушен;
2)возьмите провод и соедините плюс севшего АКБ и плюс АКБ донора красным проводом, минус АКБ донора с металлом двигателя ближе к генератору (стартеру), если это невозможно, то с минусом севшего АКБ;
3)заведите автомобиль донора и через 10-15 минут сделайте пробный пуск, предварительно заглушив двигатель донора.
Что нужно делать при глубоком разряде аккумулятора?
При глубоком разряде необходимо не позднее двух дней совершить заряд аккумулятора от стационарного устройства, но если батарея села ниже 7V, необходимо обратиться к специалистам.

Почему электролит замерзает?

Электролит замерзает в зависимости от своей плотности, которая, в свою очередь, снижается при разряде аккумулятора, при этом снижается показатель удельного количества серной кислоты, вследствие чего образуется вода и электролит замерзает. Чем глубже разряд, тем ниже плотность электролита и, соответственно, выше температура, при которой он замерзает.

Будет ли работать аккумулятор после того, как в нем однажды замерз электролит?

Данная ситуация, как правило, бесследно не проходит. При замерзании электролита из решеток аккумулятора может быть выдавлена активная масса, после чего остаточная емкость АКБ снижается. В худшем случае, происходит замыкание разнополярных пластин вследствие их коробления, тогда аккумулятор подлежит замене, и такой случай гарантийным не является.

От чего зависит срок службы аккумулятора?

Как правило, на срок службы аккумулятора оказывает множество факторов, таких, как условия, при которых эксплуатируется аккумулятор от погодных до характера движения, состояние электрического оборудования и наличие дополнительных устройств в системе, регулярность проведения технического обслуживания батареи. Так, при интенсивной эксплуатации автомобиля, приводящей к ускоренному износу электролита, срок службы аккумулятора обычно не превышает и 1,5 лет. В противном случае может прослужить и более 5 лет.

Как продлить срок службы аккумулятора?

Следите за чистотой клемм батареи, корпуса и проверяйте крепления, прочищайте вентиляционные отверстия. Аккумулятор должен быть надежно закреплен на автомобиле. Для того, чтобы аккумулятор долго и безотказно служил, необходимо периодически проводить диагностику состояния батареи и электрооборудования автомобиля. Используйте аккумулятор по назначению (запуск двигателя, а не освещение палаток на природе). Вовремя заряжайте аккумулятор, особенно в летний период.

Как хранить аккумуляторы автомобильные без подзаряда?

Если это кальциевые (Ca/Ca) аккумуляторы, то они могут храниться от 8 до 12 месяцев, если гибридные (Ca/Sb) – 5 – 8 месяцев, малосурьмяные (Sb/Sb) – 3 – 5 месяцев. Не сливайте электролит при хранении. Храните батарею в заряженном состоянии. Срок хранения увеличивается с понижением температуры окружающей среды (при условии, что аккумулятор заряжен).
Не путайте аккумуляторы автомобильные и бытовые – первые после длительного хранения не надо разряжать полностью, т.е. они не обладают “эффектом памяти”.

Можно ли использовать аккумулятор для сторонних энергопотребителей?

Основной аккумулятор использовать не рекомендуется во избежание его глубокого разряда. Для подобных целей предлагаем использовать резервную аккумуляторную батарею.

Мнимые неисправности АКБ

К сожалению, нередко неисправности, возникающие в каких-либо изделиях системы электрооборудования транспортного средства, ошибочно принимают за неисправность аккумуляторной батареи, которая является сегодня неотъемлемым элементом пусковой системы. Для уверенного пуска двигателя важно и состояние контактов соединительных проводов с полюсными выводами батареи, и состояние крепления силовых проводов к стартеру и массе автомобиля. Плотная окисная пленка, которая со временем образуется на контактирующих поверхностях под действием влаги, высокой температуры, паров топлива и масел, имеет очень высокое сопротивление.

Поэтому при прохождении тока через окисную пленку падение напряжения бывает настолько сильным, что даже при полностью заряженной батарее не происходит прокручивание коленчатого вала двигателя. При этом штатный вольтметр автомобиля будет показывать, что напряжение на АКБ падает почти до нуля. Таким образом, окисная пленка имитирует обрыв цепи внутри батареи, обрыв во внешней цепи или полную потерю работоспособности батареи. Однако стоит только зачистить контакты между полюсными наконечниками проводов и выводами батареи, как та же самая батарея уверенно запустит двигатель транспортного средства. Поэтому необходимо периодически проверять и своевременно зачищать контактные поверхности наконечников проводов и полюсных выводов АКБ.
Стартер в системе пуска двигателя – это основной агрегат, предназначенный для потребления максимальной мощности от АКБ. Поэтому его неисправности часто ошибочно по неопытности относят на счет батареи. Например, люфт, возникающий при износе втулок, в которые помещены концы якоря стартера, может привести к тому, что за счет перекоса якоря во время пуска двигателя он зацепится за статор и остановится.

При повторной попытке пуска двигателя остановки якоря может не произойти, однако возможно многократное повторение таких случаев, вплоть до окончательной потери работоспособности стартера и конечно, батарея не имеет никакого отношения к данному виду отказов.
Еще один элемент электрооборудования, который может сбить с толку неопытного автомобилиста, – провод, соединяющий АКБ с массой автомобиля. Как правило, имеется два соединительных провода:
– от АКБ до кузова транспортного средства;
– от кузова (или АКБ) ДК двигателю.
Второй соединительный провод часто находится вне поля зрения автомобилиста (под двигателем). Это существенно затрудняет оценку состояния соединения, которое под действием влаги и дорожной пыли может покрываться окислами и грязью. Это может привести к большому увеличению переходного сопротивления, то есть снижению разрядного тока и даже отказу пусковой системы. А, между тем, АКБ в данном случае ни в чем не виновата.
Во всех случаях сомнений в работоспособности батареи необходимо проверить состояние АКБ путем измерения плотности электролита и (или) величины равновесного НРЦ.

Можно так же попытаться при помощи этой батареи запустить двигатель на другом, заведомо исправном автомобиле. Успешный пуск на исправном автомобиле снимет обвинения с незаслуженно подозреваемой исправной АКБ.
Заряженность батареи в условиях реальной эксплуатации зависит в основном от режима работы автомобиля, исправности генератора и регулятора напряжения, исправности потребителей энергии и состояния электропроводки, натяжения ремня привода генератора и наличия дополнительных (нештатных) потребителей. При нештатной работе или возникновении неисправностей электрооборудования может полностью разрядиться совершенно исправная аккумуляторная батарея. Ее полный заряд в стационарных условиях с последующим тестированием на соответствие установленным критериям оценки подтвердит, что причиной разряда батареи являлась неисправность электрооборудования, которое необходимо тщательно проверить для определения и устранения его неисправности, послужившей истинной причиной разряда батареи.

Приведенные выше ситуации могут возникать как по отдельности, так и в комплексе на автомобилях старше 5-6 лет и создавать затруднения при пуске двигателя и в теплое время, даже зимой.

Поэтому особенно актуальным становится проведение предупредительного контроля состояния изделий электрооборудования, что позволяет избежать внезапных отказов и увеличивает срок работы каждого изделия, в том числе АКБ.

Основные сведения об электролите литиевой батареи

Перейти к содержимому Основы электролита литиевой батареи Литиевые батареи

являются наиболее распространенным типом перезаряжаемых батарей, используемых сегодня в электронике.

Они известны своей высокой плотностью энергии, длительным сроком службы и т. д. Эти качества делают их идеальными для использования в портативной электронике, такой как телефоны, ноутбуки и планшеты.

Для достижения этих характеристик литиевые батареи должны содержать особый тип электролита, способный выдерживать многократные заряды без разрушения или утечки. Поскольку этот электролит не виден невооруженным глазом, важно понимать, как он работает, чтобы предотвратить возникновение каких-либо проблем!

Как работают литиевые батареи? ионов для создания электрического потенциала между выводами анода и катода. Тонкий слой изоляционного материала, называемый «сепаратором», находится в растворе электролита между двумя сторонами батареи. Сепаратор позволяет ионам лития проходить, блокируя электроны и разделяя два электрода. Во время зарядки ионы лития перемещаются через сепаратор с положительной стороны на отрицательную. Разряжаясь, ионы движутся в противоположном направлении.
Движение ионов лития создает разность электрических потенциалов, называемую «напряжением». Когда вы подключаете свои электронные устройства к батарее, электроны (не литий-ионы) проходят через ваше устройство и питают его.

Что такое электролит литиевой батареи?

Аккумулятор состоит из трех основных компонентов: катода, анода и электролита, разделяющего эти два контакта. Электролит литиевой батареи представляет собой химическое вещество, позволяющее электрическому заряду проходить между двумя клеммами. Электролит помещает химические вещества, необходимые для реакции, в контакт с анодом и катодом, тем самым преобразуя накопленную энергию в пригодную для использования электрическую энергию.

Электролит литиевых батарей является своего рода носителем для передачи ионов в литиевых батареях. Основные компоненты: соли лития и органические растворы. С электролитом между положительным и отрицательным электродами литиевой батареи существует ионная проводимость, и происходит явление зарядки и разрядки. Практически в литиевых батареях используется жидкий электролит с содержанием LiPF6, LiBF4 или LiClO4. Добавляя жидкий электролит, в основном существует 3 вида электролита для литиевых батарей, которые классифицируются по своему физическому состоянию. Все они имеют одинаковые функции:

Электролиты, используемые в литий-ионных батареях, должны соответствовать следующим основным требованиям. Это факторы, которые необходимо учитывать при измерении характеристик электролитов, а также важные предпосылки для реализации высоких характеристик, низкого внутреннего сопротивления, низкой цены, длительного срока службы и безопасности литий-ионных аккумуляторов.

Электрохимическое окно широкое, и лучше всего иметь окно электрохимической стабильности 0 ~ 5 В, чтобы гарантировать, что электролит не подвергается значительным побочным реакциям на полюсах, и чтобы соответствовать сингулярности электродных реакций в электрохимическом процессе.

Гексафторфосфат лития (LiPF6) представляет собой раствор соли лития, который является наиболее распространенным электролитом в литиевых батареях. Гидроксид калия является электролитом в обычных бытовых щелочных батареях. В свинцово-кислотном аккумуляторе обычно используется серная кислота для создания предполагаемой реакции. Воздушно-цинковые батареи основаны на окислении цинка кислородом для реакции.

Существует три вида электролита литий-ионного аккумулятора. В зависимости от состояния электролитов электролиты литиевых батарей можно разделить на жидкие электролиты, твердые электролиты и твердожидкие составные электролиты.

Преимущества:
1. Органический жидкий электролит обладает хорошей электрохимической стабильностью,
2. Органический жидкий электролит имеет низкую температуру замерзания и высокую точка кипения
3. Органический жидкий электролит можно использовать в широком диапазоне температур.

недостатки:
1.Органические растворители органического жидкого электролита имеют небольшую диэлектрическую проницаемость
2.Органические растворители органического жидкого электролита имеют высокую вязкость
3.Органический жидкий электролит имеет плохую способность растворять неорганические солевые электролиты
4.Органическая жидкость электролит имеет низкую электропроводность
5. Органический жидкий электролит особенно чувствителен к следовым количествам воды.
6. Органические жидкие литиевые батареи склонны к утечке.
7. Продукт должен иметь прочный металлический корпус, модель корпуса и размер фиксированы, что не обеспечивает гибкости.
8. Низкая безопасность из-за воспламеняемости органических растворителей. Таким образом, меры защиты батареи должны быть очень совершенными.

1. Ионный жидкий электролит комнатной температуры имеет выдающиеся преимущества, такие как высокая проводимость
2. Ионный жидкий электролит комнатной температуры имеет низкое давление паров
3. Ионный жидкий электролит комнатной температуры имеет широкий диапазон жидкостей
4. Ионная жидкость комнатной температуры электролит имеет хорошую химическую и электрохимическую стабильность
5. Ионный жидкий электролит комнатной температуры не загрязняет окружающую среду
6. Ионный жидкий электролит комнатной температуры легко восстанавливается
7. Совершенная безопасность:
Расплавленная соль комнатной температуры используется в качестве электролита для литий-ионных аккумуляторов для повышения безопасности аккумуляторов при высокой плотности мощности и полного устранения опасностей, связанных с аккумуляторами.

Преимущества:
1. Твердый электролит негорюч
2. Твердый электролит имеет низкую реакционную способность с материалом электрода
3. Твердый электролит обладает хорошей гибкостью
4. Твердый электролит может преодолеть вышеуказанные недостатки жидкостных литий-ионных аккумуляторов и позволяют изменять объем электродного материала при разряде
5. Твердый электролит более устойчив к ударам, вибрации и деформации, чем жидкие электролиты.
6. Его легко обрабатывать и формовать, и аккумулятору можно придать различные формы в соответствии с различными потребностями.

Неорганические твердые электролиты: Твердые материалы с высокой ионной проводимостью. Неорганические твердые электролиты, используемые в полностью твердых литий-ионных батареях, делятся на стеклянные электролиты и керамические электролиты.

1. Твердые электролиты могут играть роль электролитов и заменять диафрагму в аккумуляторе.
2. Нет проблем с утечкой
3. Батарея может быть миниатюризирована и миниатюризирована, хотя количество миграций ионов лития в этом типе материала велико

1. Электропроводность самого электролита намного меньше, чем у жидких электролитов.
2. Импеданс поверхности раздела между электролитом и материалом высок, когда такие материалы используются в литий-ионных батареях
3. Хрупкость неорганических твердых электролитов велика
4. Сейсмостойкость литий-ионных батарей как электролитов низкая .

	Органический жидкий электролит	Ионный жидкий электролит комнатной температуры	Гелевый электролит	Неорганический твердый электролит	Гелевый электролит
состояния	жидкость	жидкость	Коллоид	Твердый	Коллоид
Место Li+	нефиксированный	нефиксированный	Относительно фиксированный	фиксированный	Относительно фиксированный
Концентрация Li+	низкий	высокий	низкий	Очень высокая	низкий
Проводимость	высокий	Немного высоковат	Немного высоковат	Немного низкий	Немного высоковат
безопасность	легковоспламеняющийся	отлично	Довольно хорошо	отлично	Довольно хорошо
цена	Дороговато	Очень дорого	Дороговато	дешевый	Дороговато

Влияние на емкость аккумулятора
Во-первых, хотя материал электрода является обязательным условием для определения удельной емкости литий-ионных аккумуляторов, электролит также влияет на обратимую емкость аккумулятора. электродный материал в значительной степени.
То есть
Потому что процесс заливки, делития и процесс циркуляции электродного материала — это всегда процесс взаимодействия с электролитом. Это взаимодействие оказывает существенное влияние на состояние поверхности раздела электродного материала и изменения внутренней структуры.
Во-вторых, в рабочем процессе литий-ионных аккумуляторов помимо окислительно-восстановительных реакций, протекающих на положительном и отрицательном электродах при внедрении и удалении ионов лития, также имеет место большое количество побочных реакций.
Такие как
окисление и восстановительное разложение электролитов на поверхности положительных и отрицательных электродов,
поверхностная пассивация электродно-активными веществами,
высокий импеданс интерфейса между электродом и интерфейсом электролита….
Эти факторы влияют на способность электродного материала к внедрению и удалению лития.
Вот почему некоторые электролитные системы могут придать материалу электрода отличную способность к внедрению и удалению лития, в то время как некоторые электролитные системы очень разрушают материал электрода.
2.Влияние на внутреннее сопротивление аккумулятора и увеличение характеристик заряда и разряда
Каково внутреннее сопротивление литий-ионных аккумуляторов?
Внутреннее сопротивление относится к сопротивлению току, когда он проходит через батарею. В него входят омическое внутреннее сопротивление и поляризационное сопротивление электрода при электрохимическом процессе. Для литий-ионных аккумуляторов оно должно включать сопротивление поверхности раздела между электродом и электролитом.
Таким образом, сумма омического внутреннего сопротивления, сопротивления границы электрод/электролит и внутреннего поляризационного сопротивления представляет собой общее внутреннее сопротивление литий-ионных аккумуляторов.
Это важный показатель для измерения производительности химических источников питания, который напрямую влияет на рабочее напряжение батареи, рабочий ток, выходную энергию и мощность.
Почему электролит влияет на внутреннее сопротивление батареи?
Внутреннее омическое сопротивление батареи в основном обусловлено проводимостью электролита и должно также включать сопротивление материала электрода и диафрагмы.
Механизмом проводимости электролитической части является ионная проводимость, и сопротивление во время процесса проводимости обычно намного больше, чем у электронной проводящей части.
Сопротивление поверхности раздела между электродом и электролитом имеет большое значение в литий-ионных батареях.
Чем больше сопротивление ионов лития при прохождении через интерфейс, тем выше внутреннее сопротивление аккумулятора. В нормальных условиях сопротивление интерфейса значительно выше внутреннего сопротивления в омах.
Почему электролит влияет на увеличение заряда и разряда?
Определение скорости разряда и заряда:
Увеличение характеристик заряда и разряда является важным показателем для измерения способности сохранения емкости литий-ионных аккумуляторов в условиях быстрой зарядки и разрядки.
Причины, по которым электролит влияет на характеристики заряда и разряда:
Характеристики заряда и разряда аккумулятора определяются
1. подвижность ионов лития в материале электрода,
2. проводимость электролита,
3. подвижность ионов лития на границе раздела фаз электрода или электролита.
Последние два тесно связаны с составом и свойствами электролита.
3.Влияние на диапазон рабочих температур аккумулятора
Из-за большой температурной зависимости электродной реакции, происходящей на границе между электродом и фазой электролита, среди всех факторов окружающей среды температура оказывает наиболее очевидное влияние на аккумулятор производительность.
В условиях низких температур скорость электродной реакции снижается, и даже реакция прекращается, а производительность батареи значительно снижается или даже не может нормально использоваться.
При повышении температуры электродная реакция усиливается, но одновременно усиливаются и побочные реакции на границе раздела фаз электрода или электролита. Эти побочные реакции часто очень разрушительны для батареи и влияют на ее производительность.
Таким образом, оптимальной температурой для работы батареи должна быть температура, наиболее благоприятная для электродной реакции без явных побочных реакций.
Например,
диапазон рабочих температур жидкостных литий-ионных аккумуляторов обычно составляет -10-45℃;
минимальная рабочая температура обычно не ниже -20℃,
максимальная рабочая температура обычно не превышает 60℃.
Для жидких электролитов основным способом расширения диапазона рабочих температур является
1.расширить ассортимент жидкости электролита
2.улучшить проводимость электролита в условиях низких температур
3.улучшить стабильность электролита в условиях высоких температур.
Для твердых электролитов, для расширения диапазона их рабочих температур,
, чтобы попытаться увеличить проводимость электролита при комнатной температуре или даже при низкой температуре,
уменьшает импеданс интерфейса между ним и материалом электрода.
Хотите узнать больше: загрузите нашу электронную книгу по дизайну аккумуляторов.
Дизайн литиевой батареи Дизайн Электронная книга Скачать (2M, 20 страниц, PDF)
4. Влияние на срок службы батареи и срок службы
Срок хранения:
ключ к влиянию на характеристики хранения батарей. Даже если коммерческий литий-ионный аккумулятор никогда не используется, срок его хранения составляет всего около 3 лет.
Существует множество причин старения батареи.
основные причины:
Коррозия электрода коллекторной жидкости
Потеря электрохимической активности электродного активного вещества из коллекторной жидкости
Природа электролита тесно связана с коррозией коллектора жидкостью и стабильностью электродного материала в ней. Поэтому электролит в значительной степени влияет и даже определяет срок хранения батареи.
Для срока службы:
Срок службы является важным показателем для оценки достоинств вторичных батарей. Обычно измеряется количеством циклов, когда емкость батареи снижается до определенного значения.
Существует множество факторов, влияющих на срок службы литий-ионных аккумуляторов, в том числе
1. стабильность материала электрода,
2. стабильность электролита,
3. скорость заряда и разряда ,
4.глубина заряда и разряда
5.температура. Для литий-ионных аккумуляторов
6.правильная эксплуатация и обслуживание,
основными дополнительными причинами короткого срока службы аккумулятора являются следующие：
Активная удельная поверхность активного вещества электрода во время зарядки и Процесс разряда продолжает уменьшаться, истинная плотность тока батареи при работе увеличивается, а внутреннее сопротивление батареи постепенно увеличивается.
Активное вещество электродного коллектора отваливается или переносится, теряя свою должную электрохимическую активность
Во время работы батареи некоторые материалы в электролите стареют или подвергаются коррозии
Мембрана повреждена или частично закрыта
Из-за реакции окисления или восстановления электролита на границе раздела электродов количество примесей в электролите увеличивается
Из-за влияния вышеперечисленных факторов нормальный срок службы литий-ионных аккумуляторов в настоящее время составляет около 2-3 лет, причем большинство из вышеперечисленных факторов имеют определенную связь с характером электролита.
5. Влияние на безопасность батареи
Литий-ионные батареи заменяют растворение и отложение металлического лития в традиционных литиевых вторичных батареях с механизмом хранения лития внутри решетки, устраняя рост дендритного лития на поверхности отрицательного электрода и уменьшая вероятность короткого замыкания батареи, но это не устраняет принципиально риски безопасности батареи.
Например, жидкие литий-ионные батареи также будут осаждать металлический литий на поверхности отрицательного электрода в условиях перезарядки, в то время как поверхность положительного электрода будет окисляться и разлагать электролит в условиях высокого потенциала, и внутри будет происходить ряд небезопасных побочных реакций. батарея.
Кроме того, большое количество тепла, выделяемого аккумулятором в условиях сильноточной зарядки и разрядки, не может быть потеряно во времени, что приводит к быстрому повышению температуры аккумулятора, что также создает значительные проблемы с безопасностью для батарея.
Все мы знаем, что основными факторами, влияющими на безопасность литий-ионных аккумуляторов, являются следующие:
стабильность материала электрода,
Состав электролита,
производственный процесс
условия работы самой батареи
Тем не менее,
основной причиной проблемы безопасности жидких литий-ионных аккумуляторов является летучесть и высокая воспламеняемость самого органического жидкого электролита.
Таким образом, чтобы полностью устранить риски безопасности, связанные с батареями, необходимо исключить воспламеняемость органических растворителей.
Хотите узнать больше: загрузите нашу электронную книгу по дизайну аккумуляторов.
Lithium Battery Design Design Электронная книга Скачать (2M, 20 страниц, PDF)
6. Влияние на характеристики саморазряда батареи
Скорость саморазряда литий-ионных батарей определяется:
тип и структура электродного материала,
свойства интерфейса электрод/электролит,
состав электролита
производственный процесс батареи.
Основные причины саморазряда литий-ионных аккумуляторов:
Саморазряд отрицательного электрода.
Саморазряд отрицательного электрода в основном происходит из-за выпадения лития из отрицательного электрода или попадания в электролит в виде Li+.
Скорость зависит от состояния поверхности и поверхностной каталитической активности отрицательного электрода. Состояние поверхности отрицательного электрода, очевидно, зависит от электролита, поэтому оптимизация состава электролита может снизить плотность саморазряда батареи.
Саморазряд положительного электрода:
Это относится к ионам лития в электролите, внедренным в решетку материала положительного электрода, что вызывает саморазряд положительного электрода. Его скорость зависит от кинетических факторов в положительном электроде, залитом Li+, в основном от свойств поверхности раздела положительного электрода или электролита.
Кроме того, появление примесей в электролите также является важной причиной саморазряда аккумулятора.
Это связано с тем, что потенциал окисления примесей обычно ниже, чем потенциал положительного электрода литий-ионных аккумуляторов, который легко окисляется на поверхности положительного электрода, а оксид будет восстанавливаться на отрицательном электроде, таким образом, непрерывно потребляя активные вещества материалов положительных и отрицательных электродов, вызывая саморазряд.
Поэтому к литий-ионным аккумуляторам предъявляются высокие требования к составу и чистоте электролитов.
7. Влияние на перезарядку и переразрядку аккумулятора
Поскольку электролит литий-ионного аккумулятора не может обеспечить защиту от перезаряда или чрезмерного разряда при нормальной работе аккумулятора, способность аккумулятора противостоять перезаряду и чрезмерному разряду снижается. очень бедный.
В некоторых условиях практического применения:
Когда несколько литий-ионных аккумуляторов используются последовательно для получения более высокого напряжения, часто возникает значительное несоответствие емкости.
Когда аккумулятор заряжен, отдельные аккумуляторы всегда будут перезаряжены,
При разрядке отдельные аккумуляторы также будут переразряжены.
Этот аспект приводит к необратимому повреждению батареи и влияет на срок службы батареи; в то же время это также создает очевидные риски для безопасности батареи.
Почему электролит литиевых батарей влияет на перезарядку и чрезмерную разрядку?
Модификация и модификация электролитов является важным способом предотвращения перезарядки и разрядки аккумуляторов.
Органический жидкий электролит имеет встроенный механизм защиты от перезарядки и разрядки.
Например, в электролит добавляют некоторые наркотические вещества. В условиях перезарядки вещество окисляется на положительном электроде, а окислитель восстанавливается на поверхности отрицательного электрода
, что позволяет избежать постоянного повышения напряжения батареи.
(1) Он должен быть хорошим ионным проводником и электронным изолятором, чтобы перенос ионов (Li+) был легким, а саморазряд сводился к минимуму;
(2) Должен иметь широкое электрохимическое окно, чтобы не происходила деградация электролита в диапазоне рабочих потенциалов как катода, так и анода;
(3) Он также должен быть инертным по отношению к другим компонентам элемента, таким как сепараторы элементов, подложки электродов и материалы для упаковки элементов;
(4) Должен быть термически стабильным, для жидких электролитов точки плавления и кипения должны быть намного выше рабочих температур;
(5) Он должен иметь низкую токсичность и соответствовать другим мерам ограниченной опасности для окружающей среды;
(6) Он должен быть основан на устойчивой химии, что означает, что элементы в изобилии, а процессы синтеза являются как можно менее вредными, и
(7) он должен иметь как можно более низкую общую стоимость, материалы и производство.
Какой электролит используется в литий-ионном аккумуляторе?
Большинство электролитов, используемых в коммерческих литий-ионных батареях, представляют собой неводные растворы. И соль гексафторфосфата лития (LiPF ₆), растворенная в органических карбонатах. Гексафторфосфат лития (LiPF6) представляет собой раствор соли лития, который является наиболее распространенным электролитом в литиевых батареях.
Из чего состоит электролит батареи?
Электролит в большинстве бытовых аккумуляторов (и многих промышленных) состоит из двух частей: воды и гидроксида калия (КОН). Когда эти два компонента объединяются друг с другом, они образуют раствор, который позволяет электричеству свободно течь между электродами внутри элемента батареи — это известно как «электролиз» или «электролитическое действие».
Безопасен ли электролит литиевой батареи?
Да.
Литиевые батареи более безопасны, чем большинство других типов батарей, поскольку они не содержат тяжелых металлов или токсичных химических веществ. Они также имеют более длительный срок службы, чем другие батареи, поэтому вам не придется заменять их так часто. Литиевые батареи считаются безопасными, но у них есть несколько проблем. Литиевые батареи очень стабильны и имеют высокую плотность энергии. Их можно использовать в небольших устройствах, таких как телефоны, или в больших, таких как автомобили, и они бывают разных форм и размеров. Литиевые батареи также имеют впечатляющий срок годности до 20 лет при хранении при комнатной температуре. В наиболее распространенных литиевых батареях используется литий-ионный (Li-ion) химический состав, что означает, что ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду через раствор электролита внутри элемента батареи.
Хотите узнать больше: загрузите нашу электронную книгу по дизайну аккумуляторов.
Дизайн литиевой батареи Скачать электронную книгу (2M, 20 страниц, PDF)
DNKPOWER2023-02-15T07:11:05+00:00 Ссылка для загрузки страницы Перейти к началу
Новый аккумуляторный электролит может увеличить модельный ряд электромобилей
Начало основного контента
Избранные отчеты
Новый электролит на основе лития, изобретенный учеными Стэнфордского университета, может проложить путь к следующему поколению электромобилей с батарейным питанием.
В исследовании, опубликованном 22 июня в журнале Nature Energy , исследователи из Стэнфорда демонстрируют, как новая конструкция электролита повышает производительность литий-металлических аккумуляторов, многообещающей технологии для питания электромобилей, ноутбуков и других устройств.
Обычный (прозрачный) электролит слева и новый Стэнфордский электролит
справа. (Изображение предоставлено Чжао Ю)
«Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях, которые быстро приближаются к своему теоретическому пределу плотности энергии», — сказал соавтор исследования И Цуй, профессор материаловедения и инженерии, а также фотонной науки. в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. «Наше исследование было сосредоточено на литий-металлических батареях, которые легче литий-ионных батарей и потенциально могут обеспечивать больше энергии на единицу веса и объема».
Литий-ионный против металлического лития
Литий-ионные аккумуляторы, 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 туда и обратно между анодом и катодом, когда батарея используется и когда она перезаряжается.
Литий-металлическая батарея может удерживать в два раза больше электроэнергии на килограмм, чем современная обычная литий-ионная батарея. Литий-металлические батареи делают это, заменяя графитовый анод 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 Чжэнан Бао, K.K. Ли Профессор инженерной школы. «Но во время работы литий-металлический анод реагирует с жидким электролитом. Это вызывает рост литиевых микроструктур, называемых дендритами, на поверхности анода, что может привести к возгоранию и выходу батареи из строя».
Исследователи десятилетиями пытались решить проблему дендритов.
«Электролит был ахиллесовой пятой литий-металлических аккумуляторов», — сказал соавтор Чжао Юй, аспирант по химии. «В нашем исследовании мы используем органическую химию для рационального проектирования и создания новых стабильных электролитов для этих батарей».
Новый электролит
В ходе исследования Ю и его коллеги изучили, могут ли они решить проблемы стабильности с помощью обычного имеющегося в продаже жидкого электролита.
«Мы предположили, что добавление атомов фтора в молекулу электролита сделает жидкость более стабильной, — сказал Юй. «Фтор — широко используемый элемент в электролитах для литиевых аккумуляторов. Мы использовали его способность притягивать электроны для создания новой молекулы, которая позволяет металлическому литиевому аноду хорошо функционировать в электролите».
Результатом стало новое синтетическое соединение, сокращенно FDMB, которое можно легко производить в больших количествах.
«Конструкции электролитов становятся очень экзотичными, — сказал Бао. «Некоторые из них подали хорошие надежды, но их производство очень дорого. Молекулу FDMB, которую придумал Чжао, легко производить в больших количествах, и она довольно дешевая».
«Невероятная производительность»
Команда из Стэнфорда протестировала новый электролит в литий-металлическом аккумуляторе.
Результаты были потрясающими. Опытная батарея сохранила 90 процентов от первоначального заряда после 420 циклов зарядки и разрядки. В лабораториях типичные литий-металлические батареи перестают работать примерно через 30 циклов.
Кандидаты в доктора наук и ведущие авторы Хансен Ван (слева) и Чжао Ю (справа) тестируют экспериментальную клетку в своей лаборатории. (Изображение предоставлено Hongxia Wang.)
Исследователи также измерили, насколько эффективно ионы лития переносятся между анодом и катодом во время зарядки и разрядки, свойство, известное как «кулоновская эффективность».
«Если вы зарядите 1000 ионов лития, сколько вы получите обратно после разрядки?» — сказал Цуй. «В идеале вам нужно 1000 из 1000 для кулоновской эффективности 100 процентов. Чтобы быть коммерчески жизнеспособным, элемент батареи должен иметь кулоновский КПД не менее 99,9%. В нашем исследовании мы получили 99,52% в полуячейках и 99,98% в полных ячейках; невероятное выступление».
Аккумулятор без анода
Для потенциального использования в бытовой электронике команда из Стэнфорда также протестировала электролит FDMB в безанодных литий-металлических мешочных элементах — имеющихся в продаже батареях с катодами, которые подают литий к аноду.
«Идея состоит в том, чтобы использовать литий только на стороне катода для снижения веса», — сказал соавтор 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 работать от 500 до 1000 циклов, но все же одна из самых эффективных безанодных элементов».
«Эти результаты обнадеживают для широкого спектра устройств», — добавил Бао. «Легкие безанодные аккумуляторы станут привлекательной чертой для дронов и многих других потребительских электронных устройств».
Battery500
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, которые могут преодолевать гораздо большие расстояния между зарядками. Это исследование было частично поддержано грантом консорциума, в который входят Стэнфорд и SLAC.
Улучшая аноды, электролиты и другие компоненты, Battery500 стремится почти втрое увеличить количество электроэнергии, которую может обеспечить литий-металлическая батарея, со 180 ватт-часов на килограмм, когда программа была запущена в 2016 году, до 500 ватт-часов на килограмм. Более высокое отношение энергии к весу, или «удельная энергия», является ключом к решению проблем с запасом хода, которые часто возникают у потенциальных покупателей электромобилей.
«Безанодная батарея в нашей лаборатории достигла удельной энергии около 325 ватт-часов на килограмм, приличное число», — сказал Цуй. «Нашим следующим шагом может быть совместная работа с другими исследователями из Battery500 для создания элементов, которые приближаются к цели консорциума в 500 ватт-часов на килограмм».
Испытание на воспламеняемость обычного карбонатного электролита (слева) и нового электролита FDMB (справа), разработанного в Стэнфорде. Обычный карбонатный электролит воспламеняется сразу после контакта с пламенем, но электролит FDMB может выдерживать прямое пламя в течение не менее трех секунд. (Кредит Чжао Юй)
В дополнение к более длительному сроку службы и лучшей стабильности, электролит FDMB также гораздо менее горюч, чем обычные электролиты, как показали исследователи во встроенном видео.
«Наше исследование, по сути, представляет собой принцип проектирования, который люди могут применять для создания лучших электролитов», — добавил Бао. «Мы только что показали один пример, но есть много других возможностей».
Другие соавторы из Стэнфорда: Цзянь Цинь , доцент кафедры химического машиностроения; ученые с докторской степенью Сянь Конг, Кеченг Ван, Вэньсяо Хуан, Снехашис Чоудхури и Чибуезе Аманчукву; аспиранты Уильям Хуан, Ючи Цао, Дэвид Макканик, Ю Чжэн и Саманта Хунг; и студенты Ютинг Ма и Эдер Ломели. Синьчан Ван из Сямэньского университета также является соавтором. Чжэнань Бао и И Цуй — старшие научные сотрудники Стэнфордского университета 9.0691 Предварительный суд Института энергетики . Цуй также является главным исследователем в Стэнфордском институте материаловедения и энергетики , совместной исследовательской программы SLAC и Стэнфорда.
Эта работа также была поддержана Программой исследования материалов для аккумуляторов Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США. Двое соавторов поддерживаются Программой стипендий для аспирантов Национального научного фонда и Постдокторской стипендией Центра TomKat в области устойчивой энергетики в Стэнфорде.