Плотность аккумулятора в зимнее время: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Защита АКБ в сильные морозы

Аккумулятор – сердце автомобиля! Именно от АКБ зависит запуск двигателя и функционирование всех приборов в салоне, поэтому важно правильно эксплуатировать и обслуживать батарею. Некоторые автолюбители считают, что, в зависимости от времени года, нужно уменьшать или увеличивать номинальную плотность электролита. Разберемся, так ли это.

Стоит ли увеличивать номинальную плотность электролита с наступлением зимы?

Заводы-изготовители выпускают аккумуляторы с плотностью электролита в максимально заряженных АКБ: 1,27 – 1,28 г/см³. Для наших широт это оптимальная плотность, и регулировать ее не просто не рекомендуется, а даже запрещено. Плотность 1,27 г/см³ позволяет электролиту не замерзать до –60 °C. Конечно, если предстоит более суровая зима или требуется восстановить АКБ после сильной разрядки, плотность электролита увеличить придется, но не самостоятельно. Обратитесь к специалистам по обслуживанию автомобилей. Самостоятельно можно только корректировать уровень электролита дистиллированной водой, доливая до необходимого уровня. Увеличение номинальной плотности с помощью кислоты приводит к агрессивности среды, а, следовательно, к ускоренному осыпанию пластин аккумулятора. Лучше доведите уровень заряда аккумулятора перед сильными холодами до выравнивания плотности по банкам АКБ и показателей 1,27- 1,28 г/ см³ (в свинцовых аккумуляторах).

К чему приводит глубокая разрядка АКБ?

Если в теплое время можно завести авто только с наполовину заряженным аккумулятором, то перед началом зимы заряда должно быть не менее 80%. Причина в том, что при минусовых температурах смазка в АКБ густеет, приводя к ее разрядке. В морозы требуется больше энергии на запуск холодного двигателя, интенсивную работу бортовой системы, печки, видеорегистратора, магнитолы, фар и т.д. Бросая автомобиль в ледяном гараже, во дворе, на стоянке, редко используя его из-за гололеда или снегопада, мы способствуем накапливанию разряженности АКБ, в результате чего снижается и плотность электролита. Ионы оседают на пластинах АКБ, а вода, входящая в его состав, кристаллизуется, расширяется и разрушает изоляторы между пластинами соседних банок. Таким образом, разряженный аккумулятор во время морозов приводит к замерзанию электролита и разрушению свинцовых пластин! Мутный электролит в банках – сигнал о гибели аккумулятора.

Рекомендации по зарядке замерзшего аккумулятора.

Зимой подзаряжайте АКБ хотя бы два раза в месяц, а размороженную «реанимируйте» малыми токами. Для этого можно использовать правило трех пятерок: при температуре -5 нужно поставить АКБ на зарядку током 5А на 5 часов.
Если нет возможности занести аккумулятор в дом, для восстановления энергетического баланса батареи необходимо не менее часа интенсивной поездки.
Для карбюраторных автомобилей – при оборотах не менее 1500 об/мин, для инжекторных – не менее 800-1000 об/мин. Электролиту нужно время, чтобы хорошо прогреться и зарядиться.
Когда машину не удается завести из-за подморожения АКБ и глубокой разрядки, некоторые водители «прикуривают» свою АКБ от чужого аккумулятора. В этом случае она подвергается двойному пусковому току, пробивающему изоляторы между пластинами. Имейте в виду, что заводская экспертиза это увидит, и возврат АКБ не примет.
Перед тем как оставить автомобиль на несколько часов, убедитесь, что двери закрыты, а в салоне отключены все энергопотребляющие приборы. Не выключенные на ночь фары часто являются причиной разрядки аккумулятора.

Когда автомобиль предстоит оставить на морозе дольше 2 месяцев, обязательно проверьте все электрические системы машины на утечки, а лучше – снимите минусовую клемму. Снижение токов утечки до нуля оставят батарею заряженной на более долгий срок.
Потребитель должен следить за аккумулятором. Это прописано во всех гарантийных талонах, прилагаемых к АКБ. Заботьтесь о своем аккумуляторе, и он не подведет вас в дороге!

АКБ зимой – ответы на вопросы

Зима пришла – и как обычно, снова «неожиданно». Поэтому на повестку дня (опять же «неожиданно») встали вопросы автовладельцев по поводу стартерных аккумуляторных батарей. Мы собрали эти «зимние» вопросы, проанализировали – и постараемся на них ответить. Итак.

Почему АКБ замерзает?

С наступлением холодов в лаборатории начинают обрывать телефон с одним вопросом:

«У меня в аккумуляторе лед! Скажите, это ведь производственный брак?». Причем простой ответ: «Нет, это ваша небрежность» спрашивающих почему-то не удовлетворяет.

Поэтому разъясняю подробно. Дело в том, что процессы зарядки батарей связаны с изменением содержания серной кислоты в аккумуляторе. При разрядке серная кислота участвует в токообразующей реакции, и ее количество в электролите уменьшается. С этим и связано снижение плотности электролита, что, в свою очередь, меняет его физические свойства.

Проще говоря, чем глубже разряжена аккумуляторная батарея (а значит, концентрация кислоты в электролите меньше), тем вероятнее образование льда даже при слабом морозе.

Кстати, это справедливо для батарей любого исполнения – поэтому особенно важно контролировать состояние заряженности АКБ в зимнее время. Правда, общие крышки в батареях без пробок мешают это сделать.

Николай Курзуков считает, что прежде всего необходимо замерять плотность электролита в АКБ

Восстанавливается ли батарея после того, как в ней замерз электролит?

Далее обычно следует второй вопрос: «Как быстро она оттает, и будет ли потом работать?».

Прежде всего, никогда не оставляйте разряженную АКБ в автомобиле и тем более на морозе! Но если такое произошло и в банках батареи электролит застыл (в результате чего образовался лед), то ее надо выдерживать в теплом помещении не менее суток. И только после полного растаивания льда можно приступать к зарядке.

Дело в том, что попытка заряда АКБ с нерастаявшим льдом внутри банок приводит к тепловому повреждению верхней части сепараторов. И в поврежденных местах при последующей работе батареи происходит прорастание шунтирующих соединений, в свою очередь, приводящих к короткому замыканию блока.

Запомните: льдом повреждается активная масса положительных и отрицательных пластин: они расслаиваются, и образуются зазоры. И в этом случае у АКБ остается только один путь – на утилизацию.

В аккумуляторной лаборатории зимой начинается аврал

АКБ при заряде была переполюсована. Сохранит ли она работоспособность?

Ответственные автовладельцы в преддверие холодов снимают батарею и ставят ее на зарядку. Но при этом они могут совершить (и часто совершают!) серьезную ошибку – путают местами провода зарядного устройства.

Неправильное соединение проводов зарядного устройства к полюсным выводам АКБ после глубокого разряда, когда НРЦ («напряжение разомкнутой цепи» – если не вдаваться в подробности, оно обычно равно всем знакомой ЭДС) близко к нулю, приводит к переполюсовке батареи. То есть положительные пластины становятся отрицательными, а отрицательные – положительными.

После такого заряда батарею нельзя подключать к бортовой сети автомобиля: электронное оборудование и диодный мост генератора выйдут из строя. Про горсть перегоревших предохранителей уже не говорю.

Можно, конечно, выбросить переполюсован-ную АКБ и отправиться в магазин за новой. Но можно и попытаться восстановить работоспособность старого аккумулятора.

Укладка сепаратора в АКБ была проведена с нарушением формы конверта

Что делать в такой ситуации?

1. АКБ вновь разрядить – и как можно глубже, чтобы переполюсованные электроды имели разряженную активную массу (сульфат).

2. Провести зарядку с соблюдением полярности АКБ, заданной при ее производстве. Надо пояснить, что процесс зарядки будет длительным.

3. Провести стартерный разряд током 0,3-0,4 EN до 8,0-9,0 В при комнатной температуре.

4. Выполнить полный заряд АКБ с контролем уровня и плотности электролита по банкам. Если в конце заряда отклонений плотности электролита более 0,2-0,3 г/см3 не было, а сам электролит светлый – АКБ будет работать. Если нет, то все – надо менять батарею.

Повреждение сепаратора — пример брака, приведшего к короткому замыканию блока

И напоследок – самый часто встречающийся вопрос, который не зависит от времени года. Стартерная АКБ утратила пусковые свойства, причем зарядом ее работоспособность не восстанавливается. Пробок у батареи нет. Что делать в гарантийный срок?

Владелец пытается зарядить глубоко разряженную батарею, а она не заряжается, т.е. при подключении к автоматическому ЗУ «не берет» заряд. Что это – производственный дефект или неправильная эксплуатация? Ведь пробок на крышке нет, а значит, нет и возможности замерить плотность электролита в банках.

Вопрос важный: ведь ответ определит, кто будет платить за новую батарею. И он не так уж и прост.

Если батарея еще на гарантии – ее надо предоставить на проверку в лабораторию вместе с гарантийным талоном, так как для принятия решения о дефектности батареи специалисту лаборатории необходимо уточнить немало фактов:

• Когда АКБ была изготовлена (код на АКБ)?

• Когда она была куплена владельцем (запись в гарантийном талоне)?

• На каком автомобиле и сколько эксплуатировалась?

• Были ли отказы у АКБ ранее и проводились ли подзаряды?

• Когда наступил отказ (последний)?

После взрыва и полного разрушения крышки АКБ: сепараторы имеют следы низкого уровня залитого электролита в блокахТепловое повреждение сепараторов. Глубоко разряженную и застывшую (со льдом в банках) АКБ заряжали без отогрева. Такое повреждение возможно и после «прикуривания» в зимнее времяАКБ взорвалась после двенадцати дней работы на автомобиле. Причина — недолив электролита на заводе и отсутствие контроля со стороны автовладельца

После выяснения этих фактов осматривается целостность корпуса батареи – нет ли прокола, через который электролит вытек.

Замеряется значение НРЦ (ЭДС): этот показатель дает специалисту информацию – надо ли применять нагрузочную вилку.

Далее отмечается цвет индикатора. Он извлекается, и в этой банке замеряются плотность электролита и его уровень над блоком пластин.

Плотность электролита банки сопоставляется с величиной НРЦ: если плотность высокая, а НРЦ имеет низкое значение – значит, надо искать банку с низкой плотностью электролита. Если же его плотность в банке с индикатором низкая – возможно, что АКБ глубоко разряжена, а дефекта в батарее нет.

Сверления в крышке над каждой банкой по узнаваемым кружочкам позволяют замерить уровень и плотность электролита в каждой банке. И принятие дальнейших мер по этой батарее возможно только после измерения плотности электролита во всех шести банках.

Возможно, это будет направление на заряд с проверкой плотности электролита в процессе заряда. А после отдыха (отгазовки) в течение 8-10 часов батарею проверяют на разрядном стенде током 0,6 EN.

Сверления запаивают пластмассой с помощью паяльника. Возможные дефекты в АКБ (разрыв цепи внутри батареи, короткое замыкание в какой-либо банке) будут выявлены при заряде, а также при последующем разряде.

Вскрытие и осмотр деталей дефектной банки позволяют установить происхождение дефекта, а значит, понять, страховой это случай или нет. Исправная (т.е. без производственных дефектов) АКБ возвращается ее владельцу, который возмещает затраты лишь на заряд.

Если же батарея имела производственный дефект, владелец может получить официальное заключение, с которым и отправится затем в магазин...

  • Николай Курзуков, научный сотрудник аккумуляторной лаборатории ФГУП НИИАЭ

24 ноября 2011

Аккумулятор - это маленькое сердце мотора и его бесперебойная работа жизненно необходима для запуска.
двигателя. Многим автомобилистам знакома ситуация, когда машина неожиданно перестает заводиться или на некоторых автомобилях при разряженной батарее в нее просто не попасть, так как машина не открывается. Приходится вызывать мастера по вскрытию автомобиля, ждать его приезда.  День полностью летит под откос, все планы рушатся. Поэтому очень важно правильно эксплуатировать АКБ, а в случае необходимости, вовремя заменить.

Так что же влияет на продолжительность жизни аккумулятора?

Одной из причин, по которой аккумулятор выходит из строя, является температурные условия окружающей среды. Низкие и высокие температуры снижают срок службы батареи.

У большинства автомобилей аккумулятор находится по соседству с двигателем, который нагревает его, что снижает срок службы в несколько раз. Фирмы Audi, BMW, Jaguar и Rolls-Royse убрали аккумулятор из двигательного отсека, а недостатки наличия дополнительного провода уравновесились повышенной надежностью батареи. В моделях класса «супермини» аккумуляторы всегда находились в багажнике.

Есть и другие решения. Например, в новой модели Peugeot 406 устанавливается аккумулятор с двойным корпусом. Между стенками прогоняется воздух, что предохраняет батарею от перегрева. Но не все являются счастливыми обладателями машины, у которой конструктивно аккумулятор защищен от перегрева. Поэтому не удивляйтесь, если после жаркого лета аккумулятор внезапно «умирает».

В зимнее время важно контролировать уровень заряда в аккумуляторе. При разряде АКБ снижается плотность электролита, то есть уменьшается удельное количество серной кислоты, содержащейся в растворе электролита, и образуется вода. При плотности 1,11 г/см3 электролит замерзнет уже при -7 0С, а при плотности 1,27 г/см3 – только при -58 0С.

Плотность электролита у исправной полностью заряженной АКБ для условий центральных районов страны должна быть 1,27 ÷1,28г/см3 при +25С и нормальном уровне над блоками пластин. В южных районах страны значение плотности электролита 1,24 ÷1,25г/см3 . В районах Сибири плотность электролита в АКБ на зимний период устанавливают 1,30г/см3 (чтобы частично разряженная АКБ при минус 40 ÷45С не разрушалась льдом), а на летний период плотность снижают, чтобы уменьшить разрушение пластин в этот период от высокой плотности электролита.

Если батарею  в разряженном состоянии оставить на морозе , то образовавшаяся вода замерзнет, расширится и деформирует корпус. Такой аккумулятор восстановлению не подлежит. Если вам повезло, и батарея замерзла не на весь объем,обошлось без деформации корпуса, то ее можно восстановить. Лед должен полностью растаять при комнатной температуре, и только потом следует зарядить АКБ.

Если при запуске двигателя в зимнее время аккумулятор разрядился в «ноль», какие действия нужно предпринять? Глубокий разряд вреден для любой батареи. Если это произошло, то необходимо зарядить аккумулятор от стационарного зарядного устройства, но не позднее чем через 2-3 дня после глубокого разряда батареи.  

Еще одной причиной быстрого износа аккумулятора является режим эксплуатации автомобиля. Многочасовое простаивание в пробках приводит к тому, что генератор не может обеспечить энергией все энергопотребители  в машине. Дополнительным источником энергии становится аккумулятор.За 45 минут такой работы средний АКБ может истощиться настолько, что повторный запуск выключенного двигателя окажется уже невозможным. Для восстановления потребуется не меньше 30 минут нормальной езды, прежде чем можно будет снова остановиться. Такие глубокие разряды ведут к сульфатации аккумулятора и уменьшении его емкости (емкость аккумулятора прямо пропорциональна площади поверхности пластин, покрытой активными веществами. У засульфатированного аккумулятора, часть активных веществ связана в сульфате свинца, а часть поверхности пластин покрыта не активными веществами, а сульфатом. Поэтому при разряде засульфатированный аккумулятор отдает меньшую емкость, чем аккумулятор в нормальном состоянии). К сожалению, пробки не исчезают с дорог мегаполиса. Поэтому рекомендуется ставить на машину аккумулятор, максимальный по емкости и пусковым токам . Можно ли устанавливать батарею большей емкости, чем рекомендована заводом изготовителем автомобиля? Можно, если в этом есть необходимость, например, установлено дополнительное электрооборудование,  или автомобиль эксплуатируется в условиях экстремально низких температур. Даже скромный двухканальный усилитель мощности потребляет приличное количество энергии – уже после 15-минутной демонстрации возможностей аудиосистемы вольтметр высвечивает под нагрузкой жалкие 11,4 В вместо привычных 12,5 В! Словом, любители мощных аудиоустановок, имейте в виду – иногда инсталляторы  умалчивают о том, откуда брать запас электроэнергии для «дракона» — усилителя, этот вопрос решается только одним путем – заменой генератора более мощным и установкой пары АКБ. Аккумулятор должен подходить по габаритам.

Еще одним не маловажным фактором, влияющим на срок службы аккумулятора, является интенсивность его эксплуатации. Жизнь аккумулятора измеряется в циклах. Один цикл – это «заряд-разряд».Увеличивая количество циклов, мы уменьшаем срок службы АКБ. Не используйте АКБ для сторонних энергопотребителей, например, на природе, на даче и.т.д. Без специального оборудования невозможно определить степень заряда батареи и просчитать динамику разрядки, а значит, велика вероятность глубокого разряда. Используйте для этих целей резервный аккумулятор. Тоже самое относится и к  «прикуриванию» другого  автомобиля. Это можно делать при соблюдении определенных требований. Двигатель автомобиля, от которого осуществляют «прикуривание», должен быть обязательно выключен. При этом надо помнить, что нельзя прикуривать автомобиль у которого емкость аккумулятора больше вашего.

Так же на  срок службы аккумулятора влияет  исправность электрооборудования в автомобиле. Не правильно установленное оборудование ведет к утечке тока.   Как правило , она начинает себя проявлять в полную силу зимой, поскольку аккумулятор уже не может при низкой температуре долгое время  держать номинальную емкость. Если в автомобиле не работает генератор, то все энергопотребители питаются от аккумулятора, что ведет к его глубокому разряду , а в дальнейшем , к выходу из строя.

« все статьи

Эксплуатация авто аккумулятора зимой

Что сделать, чтобы подготовить батарею к холодному времени года и какая плотность электролита нормальна для зимы?

Ответ:

У заряженной на 100% АКБ, изначально рассчитанной на использование в условиях умеренного климатического пояса, плотность электролита при стандартных +25оC должна колебаться между 1.27 и 1.30 г/см3. Если температура будет выше, плотность снизится, если вокруг будет холоднее – повысится. Именно поэтому на крайнем Севере используют аккумуляторы с более плотным электролитом (1.32 г/см3), а в тропических странах с более низким (1.24 /см3).

Перед наступлением холодов важно убедиться в том, что аккумулятор заряжен – в этом случае вы избежите замерзания электролита и связанных с ним проблем при пуске двигателя. Учтите также, что зимой на работу батареи серьёзное влияние оказывают утечки в системе электрооборудования и слабое натяжение генераторного ремня.


Что делать, если при старте двигателя в холода батарея разрядилась до нуля?

Ответ:

Зарядите батарею при помощи небольшого тока – причём провести зарядку нужно от стационарного устройства и не позже, чем через 2-3 дня с момента наступления глубокой разрядки.


В чём причина замерзания электролита?

Ответ:

Когда аккумулятор разряжается, плотность электролита падает – и, соответственно, становится ниже количество содержащейся в его растворе серной кислоты. Образуется вода, которая и замерзает. Чем сильнее разряжен аккумулятор, тем раньше электролит способен замёрзнуть. К примеру, при 1.11 г/см3 замерзание наступает уже при -7 градусах Цельсия, а при 1.27 г/см3 (нормальная плотность при полном заряде) только при -58 градусах.


Можно ли реанимировать батарею, если замёрз электролит?

Ответ:

Всё зависит от тяжести конкретного случая. Как правило, если аккумулятор замёрз не на весь объём, а его корпус не был деформирован, восстановить АКБ можно. Для этого занесите батарею в комнату, оставьте её там до тех пор, пока весь лёд не растает (это должно происходить при комнатной температуре, без лишнего нагрева), и уже после этого ставьте батарею на зарядку. Но учтите, что токовые характеристики аккумулятора в любом случае упадут, а электроды будут повреждены.


Если перед тем, как стартовать двигатель в холода, ненадолго включить фары, станет ли запуск легче?

Ответ:

Нет, это один из самых вредных мифов. Эффект разогрева электролита, на который надеются в рассматриваемом случае, будет ничтожным, а значит, мощность разряда не вырастет. Более того: батарея на этой процедуре теряет драгоценную ёмкость, и есть шанс, что оставшегося заряда на старт мотора не хватит.

Почему в холода советуют использовать аккумуляторы с высокими пусковыми токами?

Ответ:

У холодного пуска есть несколько характерных особенностей:

  • 1. Стартеру понадобится больше времени на успешную прокрутку мотора;
  • 2. Сопротивление холодного мотора зимой возрастает в 2.5-3 раза;
  • 3. Батарее нужно будет отдать большее количество энергии и мощности;
  • 4. Чем холоднее вокруг, тем выше внутреннее сопротивление АКБ.

Именно поэтому для того, чтобы двигатель стартовал надёжно, лучше использовать аккумулятор, имеющий при аналогичных габаритах более высокие токи холодной прокрутки.


На старт двигателя в холода влияет только аккумулятор?

Ответ:

Нет, влияние также оказывает состояние свечей, электрического оборудования, топливной системы и электропроводки машины. Также много зависит от качества топлива, от масла, и, конечно, от опыта водителя.


Из-за чего замёрзла батарея?

Ответ:

Если у Вас замёрзла только одна ячейка, причина, вероятно, во внутреннем дефекте аккумулятора. Из-за него в этой ячейке снизилась плотность электролита, и он замёрз.

Если замёрзло несколько ячеек, дело в том, что аккумулятор был разряжен. Чаще всего это происходит из-за того, что при поездках по городу приходится часто запускать мотор для передвижения на короткую дистанцию – генератору просто не хватает времени для того, чтобы зарядить батарею. Между тем, уже при 45% заряда аккумулятора плотность электролита будет составлять 1.21 г/см3, а при таких параметрах он замерзает уже при -30.

Часто бывает так, что утром не удаётся завести автомобиль, и водитель едет по своим делам на метро или автобусе. Тем временем, разряженная на попытках пуска батарея до вечера успеет замёрзнуть.

Эксплуатация аккумулятора в российских условиях. Проблемы с аккумулятором. Почему аккумулятор быстро садится.

Летом автомобиль может “простить” недостаточный уровень и низкую плотность электролита в аккумуляторе, но стоит ударить настоящим морозам, как оказывается, что батарея уже физически не способна отдать стартеру ток, достаточный для развития необходимой для зимнего пуска мощности, и обеспечить свечи зажигания “убедительной” энергией, что непременно приведет к необходимости в последующей зарядке автомобильного аккумулятора.

НЕМНОГО ХИМИИ

Работа аккумулятора основана на принципе, открытом еще в средние века: между двумя разными металлами, помещенными в кислый раствор, возникает электрическое напряжение. Если выводы металлов с помощью проводника соединить с потребителем, то по проводнику потечет электрический ток, внутри же аккумулятора начинается химическая реакция с выделением небольшого количества тепла.

Одним металлом в автомобильных аккумуляторах является губчатый свинец, он составляет активную массу отрицательных пластин, другим – перекись свинца, которой заполнены “соты” решеток положительных пластин, а электролитом – водный раствор серной кислоты. Рецептура и технология изготовления активной массы все время совершенствуется в направлении повышения прочности, долговечности и емкости и является ноу-хау производителей. Даже формула электролита и способ его получения могут быть фирменным секретом.

При разряде аккумулятора происходит химическое превращение активной массы отрицательных и положительных пластин в одно и то же вещество – сернокислый свинец (другое название – сульфат свинца). Серная кислота при этом разлагается с выделением воды, плотность электролита уменьшается, а уровень его понижается. Изменение плотности электролита является одним из основных показателей степени разрядки батареи.

При заряде батареи процесс идет в другую сторону: из сернокислого свинца на отрицательных пластинах “возрождается” губчатый свинец, а активная масса положительных пластин вновь превращается в перекись свинца. Опять образуется серная кислота, связывая какую-то толику воды в электролите, отчего плотность его вновь увеличивается, а уровень повышается.

Таким образом, “жизнь” в аккумуляторе не замирает ни на мгновение. При запуске двигателя, на малых оборотах и при слишком большом числе включенных потребителей идет разряд, набрал мотор достаточные обороты, чтобы генератор мог обеспечить всех “желающих” – пошла зарядка, а во время бездействия включается процесс саморазряда, который при определенных условиях способен полностью истощить батарею.

Проблемы с аккумулятором

Почему аккумулятор быстро садится

ЧТО ПРИВОДИТ АККУМУЛЯТОР К ПРЕЖДЕВРЕМЕННОЙ “КОНЧИНЕ”

Автолюбители часто задаются вопросом: «Как часто надо менять аккумулятор?». Если мы разберемся в основных проблемах, которые приводят нас к необходимости замены аккумулятора, возможно, все станет намного проще.

1. Сульфатация пластин.

Мелкие кристаллики сульфата свинца, во время зарядки нормально разряженного аккумулятора без проблем вновь преобразуются в металлы, составляющие активную массу пластин. Однако если оставить батарею в разряженном состоянии, сульфат свинца начинает растворяться в электролите до его полного насыщения, а затем выпадает назад на поверхность пластин, но уже в виде крупных и практически нерастворимых кристаллов. Они откладываются на поверхности пластин и в порах активной массы, образуя сплошной слой, который изолирует пластины от электролита, препятствуя его проникновению вглубь. В результате большие объемы активной массы оказываются “выключенными”, а общая емкость батареи значительно уменьшается.

Механизм сульфатации, при контакте поверхности пластин с воздухом из-за слишком низкого уровня электролита в банке, несколько иной, но результат тот же – нерастворимые сульфаты выводят из “игры” активную массу верхней части пластин, что также отвечает на вопрос, почему быстро садится аккумулятор.

В свое время сульфатация была одной из главных проблем с аккумулятором, но усилиями конструкторов ее влияние на ресурс батарей сейчас значительно снизилось, однако это не значит, что можно “злодейку” совсем сбросить со счета. Сульфатации способствует повышенная плотность электролита, высокая и низкая температура окружающей среды, длительное хранение АКБ без подзарядки. Если предусмотреть все эти факторы, вполне возможно, что аккумулятор часто менять не придется.

2. Саморазряд.

Снижение емкости батареи при длительном хранении называется саморазрядом. Процесс этот естественный и обусловлен местными (паразитными) токами между окислами свинца и металлическими примесями в решетках пластин или примесями, попавшими в аккумулятор с электролитом либо с водой при доливке. Например, еще недавно снижение емкости обслуживаемых и малообслуживаемых батарей на 10% после бездействия в течение 14 суток, а необслуживаемых – в течение 90 суток по российским стандартам не являлось браковочным признаком. Если емкость теряется быстрее – саморазряд ускоренный и для аккумулятора чрезвычайно вредный, поскольку способствует образованию крупных кристаллов сульфата свинца.

Саморазряд увеличивается из-за замыкания выводных штырей аккумулятора грязью и электролитом, разлитым по поверхности крышки батареи. Кроме того, на скорость саморазряда сильно влияет температура окружающего воздуха: при низких температурах саморазряд значительно замедляется.

Любопытно, что причиной возникновения паразитных токов может стать неодинаковая плотность электролита в разных слоях, например, после доливания воды в аккумулятор, находящийся в покое. Если делать это неправильно, не нужно удивляться, что ваш аккумулятор быстро садится.

Купить термокейс

3. Уплотнение активной массы пластин.

Этой “болезнью” страдают отрицательные пластины, активная масса которых во время эксплуатации постепенно уплотняется, а ее пористость уменьшается. Доступ электролита внутрь отрицательных пластин затрудняется, что снижает емкость батареи. К тому же уплотнение активной массы может сопровождаться образованием трещин и отслаиванием от решеток пластин.

Способствует уплотнению активной массы контакт с кислородом воздуха, когда по какой-то причине (например, из-за испарения) уровень электролита стал ниже нормы.

4. Коробление пластин.

Пластины коробятся при увеличении силы зарядного тока, при коротком замыкании, понижении уровня электролита, частом и продолжительном включении стартера, когда батарея нагружается разрядным током большой силы. Чаще короблению подвержены положительные пластины, при этом в их активной массе образуются трещины, и она начинает выпадать из решеток.

5. Оползание и выпадение активной массы из решеток пластин.

На сегодня эта “болезнь” главным образом определяет долговечность аккумуляторов. Кроме рассмотренных выше причин, оползание и выпадание активной массы происходит при длительном перезаряде, когда полностью заряженная батарея остается под зарядным напряжением и через нее проходит ток, при повышении плотности и температуры электролита, при замерзании воды в электролите, при нарушении в креплении аккумулятора, когда он начинает испытывать удары и вибрации, вследствие коррозии решеток пластин (особенно положительных) из-за загрязнения электролита.

В старых аккумуляторах выпадение большого количества активного вещества из решеток на дно банки приводило к короткому замыканию разноименных пластин. На современных аккумуляторах, где пластины помещены в конверты-сепараторы, короткое замыкание практически исключено, но от значительного снижения емкости по причине высыпания активной массы не застрахованы и они.

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Таким образом, на продолжительность жизни аккумулятора влияют высокая, нормальная или низкая плотность электролита в аккумуляторе, его температура, сила токов и продолжительность разряда и заряда, уровень вибраций и тряски, продолжительность перерывов в эксплуатации и, конечно же, своевременность и качество технического обслуживания.

Плотность электролита выбирают в зависимости от условий, в которых будет эксплуатироваться автомобиль. Надо учитывать, что зимой при пониженной начальной плотности электролита и большой разряженности аккумулятора возможно замерзание электролита. Например, при начальной плотности 1,30 г/см3 в полностью разряженной батарее электролит может замерзнуть при -14 °С, если же начальная плотность электролита 1,24 г/см3, то разряженная батарея замерзнет уже при -5 °С.

В то же время повышенная плотность электролита приводит к увеличению его химической активности, в результате чего, как рассматривалось выше, ускоряется сульфатация и разрушение электродов, а значит, уменьшается срок службы аккумулятора. В условиях умеренного климата Беларуси оптимальной считается плотность от 1,26 до 1,28 г/см3.

Как влияет температура на срок службы аккумулятора, в общем-то, понятно. На большинстве автомобилей аккумуляторы располагают в подкапотном пространстве моторного отделения. Логика конструкторов здесь такова: аккумулятор должен быть поближе к стартеру, чтобы уменьшить длину стартерного провода и падение напряжения в нем. В то же время можно представить, какая температура бывает под капотом жарким летом, да еще при работающем двигателе, да если моторное отделение качественно шумоизолировано. По сути, аккумулятор не мешало бы перенести в какое-то другое место, но так пока делают лишь на некоторых моделях, оснащенных кондиционером и, кстати, делалось на старых “Запорожцах”.

Хорошо, когда техническое обслуживание заключается лишь в проверке уровня и плотности электролита да периодической очистке крышки и клемм от грязи и окислений. Это верный признак, что электрооборудование автомобиля работает исправно и надежно.

Плохо, если аккумулятор работает с постоянной недозарядкой, при этом плотность электролита держится ниже нормы, еще хуже, если аккумулятор требует постоянной доливки электролита, но не по причине естественного испарения жарким летом, а из-за “выкипания”. Явно, что немедленного вмешательства требует регулятор напряжения генераторной установки. Длительная работа с такими дефектами значительно сокращает срок службы батареи.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ

Из вышесказанного ясно, какими правилами следует руководствоваться, чтобы обеспечить аккумулятору долгую жизнь. Осталось сделать небольшие дополнения.

Доливать дистиллированную воду в аккумулятор желательно при работающем двигателе, это обеспечит ее перемешивание с кислотой. В противном случае из-за разности плотностей в слоях электролита происходит саморазряд, а зимой вода может просто замерзнуть. Воду доливают всегда, кроме случаев понижения уровня по причине утечек электролита.

В зимний период, когда многие владельцы делают перерыв в эксплуатации, хранить батарею лучше на автомобиле, проведя предварительно полную зарядку, а не уносить ее в теплое помещение.

При зимних запусках, когда по естественным причинам плотность электролита уменьшается, емкость значительно снижается, а внутреннее сопротивление аккумулятора, наоборот, сильно возрастает, особое внимание следует уделить состоянию контактов в электрических цепях и чистоте клемм аккумулятора. Этим вы уменьшите сопротивление в контактах и облегчите аккумулятору жизнь. В сильные морозы перед запуском желательно “прогреть” электролит, включив на некоторое время дальний свет (на дизелях такой нагрев происходит автоматически, поскольку сначала в работу включаются свечи накаливания), но еще лучше с вечера забрать аккумулятор домой.

Необходимо следить, чтобы заливные отверстия были плотно закрыты пробками, а вентиляционные отверстия в них не забивались грязью, а зимой – льдом от замерзшего конденсата.

Относительно ремонта: малообслуживаемые и необслуживаемые батареи ему не подлежат, кроме повреждений корпуса, крышки и выводных клемм. Трещины на корпусе и крышке батареи можно заделать, предварительно слив электролит, просушив и обезжирив место повреждения, одним из нескольких способов:

  • наплавкой с помощью паяльника такого же материала от старой батареи;
  • заклеиванием с установкой заплат (если повреждение большое) несколькими слоями эпоксидного клея;
  • с помощью густого раствора кусочков пенопласта в скипидаре или ацетоне.

ЗАРЯДКА АВТОМОБИЛЬНОГО АККУМУЛЯТОРА НА ЗАРЯДНОМ УСТРОЙСТВЕ

Зарядка аккумуляторы осуществляется на зарядном устройстве в следующих случаях:

  • при вводе в эксплуатацию, когда батарея хранилась более 12 месяцев, номинальное напряжение на клеммах ниже 12,5 В, а плотность электролита меньше рекомендуемой хотя бы на 0,03 г/см3;
  • батарея разряжена более чем на 25% зимой и на 50% летом;
  • батарея эксплуатировалась, а затем находилась в бездействии более 4-х месяцев;
  • с целью снятия неглубокой сульфатации с поверхности пластин.

Степень разреженности аккумулятора определяют по плотности электролита. Для практических расчетов приблизительно принимают, что уменьшение плотности электролита по отношению к начальной на 0,01 г/см3 соответствует разряду аккумулятора на 6%.

Для подзарядки аккумулятор снимают с автомобиля, очищают его корпус и крышку от загрязнений, проверяют уровень электролита. Если верхняя часть пластин оголена, то доливают дистиллированную воду, чтобы только “прикрыть” пластины, а затем устанавливают аккумулятор на зарядное устройство.

Обычно зарядку автомобильного аккумулятора ведут током, не превышающим 0,1 от величины номинальной емкости. Это значит, что для аккумулятора емкостью 60 Ач величина зарядного тока не должна превышать 6 А. Если есть время, то для профилактики от сульфатации и более полной зарядки лучше уменьшить силу тока как минимум в два раза.

С целью сокращения времени зарядки (мы ведь всегда куда-то спешим) допускается увеличить зарядный ток в 1,5 раза, но как только плотность электролита достигнет 1,22-1,24 г/см3, ток необходимо снизить до нормальной величины.

Еще большее увеличение силы зарядного тока чревато: пластины могут покоробиться со всеми вытекающими последствиями. Нельзя допускать, чтобы температура электролита во время заряда поднималась выше 45 °С. Если это происходит, то зарядку следует на время приостановить.

Признаками полной зарядки является интенсивное “кипение” электролита во всех банках батареи и то, что плотность электролита не изменяется в течение двух часов. Уровень электролита во время зарядки повышается, поэтому, скорее всего, добавлять его в банки по окончании процесса не придется.

Даешь разряд?

Потребность нашей страны в стартерных аккумуляторных батареях малой и средней мощности можно оценить примерно в 150-200 тысяч штук в год. Правильно эксплуатируемая АКБ исправно работает в течение 4-5 лет, что составляет 80-100 тысяч километров пробега. Дорогие аккумуляторы известных фирм подделывают наиболее часто. Подделку часто выдает “неаккуратный” корпус, небрежная маркировка и подозрительно небольшой вес. Подлинные сухозаряженные аккумуляторы всегда запечатаны в герметичную вакуумную упаковку. Далее проверьте, соответствует ли выбранная батарея конструктивным особенностям вашей автомашины (место установки, способ крепления, полярность, форма и размер токосъемных выводов). При этом емкость АКБ не должна существенно отличаться от указанной заводом-изготовителем автомобиля.

При покупке аккумулятора  вы вправе потребовать его проверки: напряжение на клеммах должно быть не менее 12,5 вольт. Продавец обязан выдать гарантийный талон сервис-центра официального дилера с индивидуальным номером, а также по просьбе покупателя предъявить сертификат соответствия с фирменной эмблемой компании.


Инструкция по эксплуатации аккумуляторной батареи.

При соблюдении нижеприведённых указаний покупатель в течение многих лет не будет иметь проблем с аккумулятором. Перед установкой батареи на машину ознакомьтесь с настоящей инструкцией и следуйте её рекомендациям.

  • Эксплуатация батареи.
    • Батарею следует содержать в чистоте.
    • Один раз в три месяца проверьте надёжность закрепления батареи в штатном гнезде автомобиля.
    • Не допускайте загрязнения поверхности батареи. При необходимости протрите поверхность батареи влажной тряпкой.
    • Полюсные выводы и клеммы должны быть чистыми. Рекомендуется после очистки смазать их техническим вазелином или другой густой нейтральной смазкой.
    • Пуск двигателя производите короткими (5-10 секунд) включениями стартера. В зимнее время выключайте сцепление. Перерывы между попытками пуска должны составлять не менее 1 минуты. Если после 3-4 попыток двигатель не запускается, проверьте исправность системы зажигания и питания топливом.
    • При эксплуатации автомобилей и других транспортных средств уровень зарядного напряжения должен соответствовать требованиям инструкции на транспортное средство и находиться в пределах 13,9 – 14,4 Вольт независимо от режима работы двигателей и включённых потребителей. НЕ ДОПУСКАЕТСЯ эксплуатация батарей как в режиме НЕДОЗАРЯДА, т.е. при напряжении ниже 13,9 Вольт, так и в режиме ПЕРЕЗАРЯДА, т.е. при напряжении выше 14,4 Вольт. Поэтому не реже одного раза в 2 месяца проверяйте уровень зарядного напряжения. В случае, если зарядное напряжение отличается от вышеуказанного, необходимо обратиться в автосервис для приведение его до заданного уровня, либо в срочном порядке организовать самостоятельную зарядку автомобильного аккумулятора.
    • Батарею следует поддерживать в заряженном состоянии. Не реже одного раза в 3 месяца, а также в случае ненадёжного пуска двигателя, необходимо проверять степень заряженности по равновесному напряжению разомкнутой цепи (НРЦ) для аккумуляторов.
    • Измерение равновесного НРЦ необходимо производить не ранее чем через 8 часов после выключения двигателя. У полностью заряженной батареи величина НРЦ составляет 12,7 – 12,9 Вольт при температуре 20 -25 °С.
    • Измерение НРЦ производить с помощью высокоомного вольтметра класса точности не ниже 1,0. После измерения НРЦ батареи следует установить степень её заряженности по табл.1 с учётом температуры окружающей среды.

Степень заряженности

Разреженность

Плотность электролита
Г/cм3 (**)

Напряжение на аккумуляторной батарее В (***)

100%

0%

1,28

12,7

80%

20%

1,245

12,5

60%

40%

1,21

12,3

40%

60%

1,175

12,1

20%

80%

1,14

11,9

0%

100%

1,10

11,7

*указанные зависимости справедливы при температуре 20-25 °С
**плотность во всех ячейках должна быть равномерной и отличаться не более +-0,02-0,03,
***Напряжение необходимо определять высокоомным омметром. Способ определение степени заряженности по напряжению справедлив только для аккумуляторов, находившихся в стационарном состоянии не менее 8 часов.
    • Батарею, степень заряженности которой ниже 75% зимой и 50% летом, следует снять с машины и зарядить.
    • В случае, если по какой-либо причине произошёл глубокий разряд батареи, её необходимо незамедлительно полностью зарядить, как указано в п. 2.2. настоящей Инструкции. Недопустимо оставлять батарею в состоянии глубокого разряда. Это приводит к существенному снижению её ёмкости, а при отрицательных температурах к замерзанию электролита и разрушению корпуса батареи.
    • НЕДОПУСТИМА длительная (более 1 месяца) эксплуатация батареи в условиях перезаряда, т.е. при зарядном напряжении выше 14,4 В, так как это приводит в разложению всего запаса электролита и, как следствие, может привести к разрушению батареи.

Почему мой аккумулятор “замерз” в мороз?

У стартерных АКБ два состояния: разряженное и заряженное. При разряде концентрация электролита уменьшается, вследствие чего происходит снижение его плотности. Чем глубже происходит разряд, тем более низкой становится плотность электролита в аккумуляторе. Ниже приведена таблица замерзания электролита в зависимости от его плотности.

Плотность электролита, г/см3

Температура замерзания, °С

1,28

– 65

1,2

– 28

1,1

– 7

Поэтому в зимнее время недопустимо эксплуатировать АКБ с плотностью ниже 1,25 г/см3, так как в сильный мороз внутри АКБ образуется лед, что приводит к снижению ресурса аккумулятора. Причинами “замерзания” АКБ могут быть неисправность электрооборудования (генератора, стартера), наличие утечки тока, а также отсутствие контроля за состоянием батареи со стороны владельца. Если же лед образовался в одной из ячеек, то лучше всего незамедлительно обратиться в гарантийный сервис, так как возможно АКБ имеет заводской дефект.

Почему мой аккумулятор “взорвался”?

Аккумуляторные батареи, применяемые на автомобильной технике имеют неприятную особенность: в процессе заряда на его заключительной стадии в батарее начинается электролитическое разложение воды, которая содержится в электролите. При этом выделяются газы: водород и кислород. Водород и большая часть кислорода выходят из электролита на поверхность, создавая видимость его кипения и скапливаются под крышками в каждой ячейке АКБ. Эта смесь газов выходит наружу через вентиляционные отверстия (если они, конечно не забиты грязью и нет других препятствий). Соотношение кислорода и водорода таково, что представляет собой взрывоопасную смесь, которая при наличии искры от неисправной электропроводки или открытого огня сигареты, моментально взрывается. Сила взрыва и его последствия зависят от количества газа, копившегося к данному моменту. Например, при повышенном значении зарядного напряжения от генератора более 14,5 Вольта или при низком уровне электролита в АКБ, увеличивается интенсивность образования газа внутри аккумуляторной батареи и, следовательно, его выделение.

Можно сделать вывод, что нарушение техники безопасности, неисправность электрооборудования автомобиля и отсутствие контроля над аккумуляторной батареей служат причинами взрыва АКБ с разрушением корпуса батареи, создавая еще один пункт в списке проблем с аккумулятором.

Как правильно хранить аккумулятор, если он не эксплуатируется длительное время?

Сухозаряженные батареи можно хранить в любом не отапливаемом помещении с соблюдением следующих условий:

  • отсутствие попадания прямых солнечных лучей и яркого света на корпус АКБ
  • пробки должны быть плотно завернуты, а герметизирующие выступы или заглушки не должны иметь повреждений, чтобы исключить попадание влаги внутрь АКБ

Перед началом хранения залитых АКБ необходимо убедиться в степени заряженности АКБ, измерив плотность электролита (для обслуживаемых батарей), она должна быть не ниже 1,26 г/см3, или напряжение на полюсных выводах аккумулятора (для необслуживаемых АКБ), которое должно составлять не менее 12,6 Вольт. Если эти показатели ниже, нужно произвести зарядку аккумуляторной батареи. Контролировать эти параметры необходимо не реже одного раза в два месяца. При продолжительной стоянке автомобиля с батареей на борту следует отключить ее от “минусового” провода. Контролировать уровень зарядки АКБ необходимо не реже одного раза в три недели. Если соблюдать все рекомендации, аккумулятор быстро садиться не будет, что позволит избежать лишних проблем.

Почему в течение гарантийного срока заряд аккумулятора в гарантийном сервисе платный.

Гарантия на АКБ выдается на случай обнаружения заводского брака, (обрыв цепи, короткое замыкание одной из банок). В сервисном центре после проверки состояния АКБ Вам помогут выявить причину отказа. При выявлении заводских дефектов часто нужно менять аккумулятор  на новый – аналогичной марки с выдачей нового гарантийного талона, если соблюдались условия эксплуатации аккумулятора и вовремя производилось его обслуживание. Разряженная батарея не может быть признана дефектной. Поэтому зарядка АКБ в сервисном центре производится за счет клиента, эксплуатирующего ту батарею.

Почему быстро садится аккумулятор?

Для того чтобы дать ответ на этот вопрос, необходимо периодически посещать гарантийный сервис для профессиональной диагностики электрики Вашего автомобиля, где Вам проверят работоспособность генератора, стартера при запуске двигателя, утечку тока на автомашине, что поможет впоследствии избежать проблем с постоянным разрядом АКБ.

В каких случаях идет отказ в гарантийном обслуживании на аккумулятор?

Гарантия на АКБ не распространяется в следующих случаях:

  • Отсутствует гарантийный талон, он не заполнен или заполнен с исправлениями, отсутствует штамп продавца, отметки о проверке АКБ при продаже, подпись продавца и покупателя.
  • При механических, химических или термических повреждениях корпуса или клемм, а также течи электролита из корпуса вследствие плохого крепежа АКБ.
  • При нарушении правил эксплуатации, технического обслуживания и хранения АКБ, указанных в инструкции по эксплуатации АКБ.
  • Разрушении пластин из-за заряда большими зарядными токами, выражающееся в большом количестве шлама и помутнении электролита.
  • Несоответствии технических данных автомашины и АКБ.
  • Отрицательном балансе энергоснабжения, связанном с использованием нештатных потребителей, несоответствующих мощности генератора.
  • Искусственно низкая или высокая плотность электролита, как результат неквалифицированного обслуживания АКБ.
  • Отсутствие контроля за уровнем электролита, что приводит к испарению воды, оголению пластин и, как следствие, к оплыванию активной массы.
  • При невыполнении инструкции, что приводит к взрыву АКБ, падению плотности электролита и его замерзанию в холодное время года.
  • При сульфатации пластин из-за неправильного хранения незаряженных АКБ.

Эти перечисленные случаи являются результатом неправильной эксплуатации и обслуживания аккумулятора или неисправности электрооборудования автомобиля.

Европейская система идентификации аккумуляторов (ETN)

Обозначение ETN было разработано европейским союзом производителей аккумуляторных батарей как вспомогательное средство для идентификации аккумуляторов. Целью разработки было помощь производителям и потребителям для однозначного опознавания аккумуляторной батареи.

Номер ETN – это система из 9 цифр, разделенных на три группы. Каждая группа состоит из 3 цифр.

Например аккумулятор имеет номер EN

555 065 042

Первые три цифры – группа A (555)
Следующие три цифры – группа B (065)
Последние 3 цифры – группа С (042)

Группа A. Напряжение и номинальная емкость

Структура группы А

  • Для 6 -вольтовых батарей 3 цифры данной группы представляют номинальную емкость.

001-499 -> Ач…499 Ач

  • Для 12-вольтовых батарей номинальную емкость можно получить вычитая из 3-xзначного числа 500 12-вольтовые аккумуляторы вследствие этого имеют на первом месте цифру
    5 (емкость от 5 до 99 Ач)
    6 (емкость от 100 до 199 Ач) или
    7 (емкость больше чем 200 Ач)

501…799 -> 1 Ач…299 Ач

Группа В. Идентификационный номер определяющий габариты, полярность, тип крепления за днище и т.д.

Структура группы В.

Физические характеристики такие как

  • габариты корпуса
  • полярность (расположение токовыводящих клемм)
  • тип крышки
  • тип крепления за днище, наличие ручек
  • система газоотвода

специфические электрические показатели

другие характеристики

  • вибропрочность
  • устойчивость к циклам заряда-разряда

Группа С. Ток разряда при -18 °C по стандарту ЕN

Структура группы С:

Значение в этой группе, умноженное на 10 дает величину тока разряда в Амперах. Ток разряда в новой системе EN измеряется по новой методике, отличной от методике стандарта DIN( ГОСТ). Для пересчета разрядного тока ЕN в ДИН необходимо разделить величину тока ЕN на коэффициент 1,7

Группа СТок EN
033330 А
042420 А
054540 А
1051050 А

Таким образом номер 555 065 042 обозначает, что аккумуляторная батарея имеет номинальное напряжение 12 В, емкость 55 Ач (группа А), и ток разряда ЕN 420 А ( группа С), уникальный номер группы B информирует, что аккумулятор имеет “российскую” полярность, тип крепления B3 ( уточняется в каталоге).

Как определить степень заряженности аккумулятора по плотности электролита и напряжению на аккумуляторе.(*)

Степень заряженности

Степень разряженности

Плотность электролита
Г/cм3 (**)

Напряжение на аккумуляторной батарее В (***)

100%

0%

1,28

12,7

80%

20%

1,245

12,5

60%

40%

1,21

12,3

40%

60%

1,175

12,1

20%

80%

1,14

11,9

0%

100%

1,10

11,7

*указанные зависимости справедливы при температуре 20-25 °С
**плотность во всех ячейках должна быть равномерной и отличаться не более +-0,02-0,03,
***Напряжение необходимо определять высокоомным омметром. Способ определения степени заряженности по напряжению справедлив только для аккумуляторов, находившихся в стационарном состоянии не менее 8 часов.

Эксплуатация дизеля зимой

В нашей стране ежегодно увеличивается количество машин, оборудованных дизельными моторами. Достаточно экономные и максимально беспроблемные двигатели уже составили сильную конкуренцию бензиновым аналогам по своему количеству сторонников. Однако все это касается теплого времени года, а вот когда показатели температуры опускаются ниже нуля, любой дизельный агрегат буквально начинает сражаться за свою жизнь. Использование дизеля в зимнее время года значительно отличается от эксплуатации бензинового аналога. Машины, оборудованные дизельными движками, требуют повышенного внимания. Поэтому при использовании дизеля следует максимально жестко соблюдать все рекомендации, которыми мы сейчас с вами поделимся.

Обстоятельства, которые осложняют запуск дизеля в зимнюю пору.

Основной неприятностью для каждого мотора считается сгустившееся масло. При этом автомобильному стартеру стает труднее провернуть коленвал, и поэтому он тянет больше электроэнергии из аккумулятора. Вместе с тем, аккумулятор не всегда способен снабдить стартер требуемой энергией. Зачастую в зимнее время не получается запустить силовой агрегат вследствие севшей АКБ. С дизельным мотором наблюдаются значительно большие проблемы. Причина в том, что для начала работы дизеля батарея обязана выдать больше тока и, когда на бензиновом двигателе с немного севшим аккумулятором силовой агрегат можно запустить, то в ситуации с дизелем не советуем даже пробовать.

Другой проблемой, присутствующей у дизеля является характерная особенность горючего. Имеются различные типы солярки: Летнее дизтопливо, применять которое есть возможность при температуре окружающей среды от плюс 5 градусов и больше; Зимнее дизтопливо, заливаемое при температурном режиме меньше плюс 5 градусов и допускаемое к использованию, пока температура окружающего воздуха не снизится меньше минус 25 градусов; а также Арктическое горючее, созданное для функционирования дизеля при температуре от минус 25 и меньше.

Используя указанное топливо в зимнее время года, мы зачастую взамен требуемого зимнего берем и наливаем летнее. В итоге солярка становится густой и кристаллизуется, что сильно усложняет запуск мотора.

Как верно эксплуатировать дизель в зимнюю пору.

Для удачного запуска дизеля в зимнее время года требуется строго контролировать степень заряда аккумулятора, а также вид заливаемого горючего. Относительно другой проблемы – загустевшего масла, то ее можно решить достаточно просто. Нужно лишь долить стакан бензинового горючего в масло, и оно будет более жидким, а запуск мотора произведется максимально легко.

Использовать дизель в зимнюю пору, когда температура снижается меньше минус 25 градусов еще более затруднительно. В подобных обстоятельствах рекомендуем лишний раз не эксплуатировать автомобиль, а использовать общественный автотранспорт. Но когда у вас подобная возможность отсутствует, то для успешного функционирования движка нужно еще более разбавить дизельное горючее. Осуществляется это посредством обычного керосина. В частности, при вышеуказанных температурах следует доливать 20% керосина к общему объему горючего, находящегося в баке.

Помимо этого, перед запуском мотора его непременно нужно хорошо прогреть, поскольку крайне не советуем запускать движок на холодную. Запомните другое важное условие – дизельный автомобиль в зимнее время запрещено буксировать, потому что присутствует большой риск того, что сместиться фаза газораспределения, либо порвется ремень ГРМ.

Кроме того, использование дизельного автомобиля с турбонаддувом в зимнюю пору предусматривает предельное облегчение нагрузки на мотор. Хотя дизели и имеют превосходную тягу, зимой рекомендуем избегать их чрезмерно нагружать.

Итак, мы перечислили вам главные требования по эксплуатации машины с дизельным мотором зимой. При этом самая важная рекомендация, к которой обязан прислушиваться любой автовладелец – это максимально беречь собственную машину.

Стоит отметить, что распространенной является,также, проблема аккумулятора зимой. Дело в том, что для того, чтобы завести даже далеко не самый требовательный дизельный двигатель, порой необходим довольно мощный пусковой ток, однако в зимнее время, при первых морозах, плотность электролита в АКБ падает, а с ним и сила тока холодной прокрутки. 

При первых симптомах, можно попытаться спасти положение, забрав батарею на подзарядку. Если же задумка не удалась и вы решили купить аккумулятор - то не спешите выкидывать старую батарею, ведь за неё в интернет-магазине acomponent вы можете получить большую скидку на приобретение новой АКБ от именитых производителей.

Причины образования льда в батарее

Установлено, что электролит с плотностью 1,28 г/см3 замерзает при температуре –64 °С, с плотностью 1,21 г/см3 при –34 °С, а с плотностью 1,07 г/см3 при –5 °С и превращается в лед.


В процессе эксплуатации на автомобиле (чаще всего в зимнее время) батарея может оказаться в состоянии глубокого разряда. В этом случае она имеет всегда пониженные показатели напряжения и плотности электролита. При переходе от заряженного состояния в разряженное показатели напряжения и плотности электролита меняются в определенных пределах. Напряжение на полюсах в заряженном состоянии составляет 12,7–12,9 В, а в разряженном 11,5–12,0 В. При неисправностях электрооборудования разряд может приводить к тому, что напряжение на выводах может иметь значение 6,0–8,0 В. При этом плотность электролита от своего первоначального значения в заряженном состоянии снижается пропорционально разряду и уменьшению содержания серной кислоты. На электродах образуется сульфат свинца, а в составе электролита снижается количество серной кислоты. Чем глубже происходит разряд, тем ниже плотность электролита. При изготовлении на электродах заложено такое количество активного материала, которое необходимо для получения заявленных электрических характеристик этой батареи. Соответственно, в объеме электролита содержится количество серной кислоты, необходимое для полного использования активного вещества пластин. В конце разряда батареи серной кислоты в электролите остается очень мало. При чрезмерно глубоком разряде плотность электролита достигает значения близкого к плотности воды.
Установлено, что электролит с плотностью 1,28 г/см3 замерзает при температуре –64 °С, с плотностью 1,21 г/см3 при –34 °С, а с плотностью 1,07 г/см3 при –5 °С и превращается в лед.
Изготовители считают недопустимым использование в зимнее время батарей с заряженностью менее 75 % (плотность электролита 1,24 г/см3). Это вызвано необходимостью поддерживать работоспособность батареи, исключить возможность ее размораживания, уменьшить вредное воздействие глубокого разряда при зимней эксплуатации на ее ресурс, связанное с оплыванием активного вещества в шлам. Если произошло замерзание электролита и образование льда внутри батареи, значит она была глубоко разряжена в процессе работы (ниже допустимого предела по условиям работы) либо при хранении автомобиля. На практике необходимо различать случаи, когда лед образуется только в одной банке, а в остальных банках плотность электролита имеет нормальные значения в пределах от 1,26 до 1,30 г/см3. В этом случае лед в банке образовался по причине дефекта производственного характера (короткое замыкание). Такое явление также может иметь место в конце срока службы батареи, при чрезмерном короблении и «росте» решеток электродов от перегрева и перезаряда.
Характер дефекта может быть установлен только в результате вскрытия и осмотра конкретной банки. Образование льда в банках на всю глубину практически выводит батарею из строя.
Батарею со льдом в банках необходимо снять с автомобиля и осмотреть ее корпус. При наличии трещин на корпусе необходимо принять меры к тому, чтобы после оттаивания электролит, вытекая из корпуса, не причинил вреда лакокрасочному покрытию и металлическим деталям. Если корпус не имеет повреждений — батарею необходимо занести в теплое помещение для оттаивания и заряда. При заряде плотность электролита может восстановиться до первоначального значения, и батарея может сохранить работоспособность.

Температурный эффект и тепловое воздействие в литий-ионных аккумуляторах: обзор

Abstract

Литий-ионные аккумуляторы с высокой плотностью энергии (до 705 Вт / л) и удельной мощностью (до 10 000 Вт / л) демонстрируют высокую емкость и отличные рабочие характеристики. Литий-ионные батареи, являющиеся перезаряжаемыми батареями, служат источниками питания в различных прикладных системах. Температура, как критический фактор, значительно влияет на характеристики литий-ионных батарей, а также ограничивает применение литий-ионных батарей.Более того, разные температурные условия приводят к разным побочным эффектам. Точное измерение температуры внутри литий-ионных батарей и понимание температурных эффектов важны для правильного обращения с батареями. В этом обзоре мы обсуждаем влияние температуры на литий-ионные батареи как при низких, так и при высоких температурах. В обзоре также обсуждаются современные подходы к мониторингу внутренней температуры литий-ионных аккумуляторов с помощью как контактных, так и бесконтактных процессов.

Графический реферат

Литий-ионные батареи (LIB) с высокой плотностью энергии и удельной мощностью демонстрируют хорошие характеристики во многих различных областях. Однако производительность LIB все еще ограничивается влиянием температуры. Приемлемый температурный диапазон для LIB обычно составляет от -20 ° C до 60 ° C. Как низкие, так и высокие температуры, которые находятся за пределами этого региона, приведут к ухудшению рабочих характеристик и необратимым повреждениям, таким как покрытие литием и тепловой разгон.Таким образом, понимание влияния температуры и точное измерение температуры внутри литий-ионных батарей важны для правильного обращения с ними. Современные достижения в мониторинге температуры внутри LIB можно разделить на контактное и бесконтактное измерение. В этом обзоре дается обзор последних достижений как в понимании температурных эффектов, так и в мониторинге температуры, а также обсуждаются проблемы и возможные будущие направления в достижении оптимальной производительности батарей.

  1. Загрузить: Загрузить изображение в высоком разрешении (200KB)
  2. Загрузить: Загрузить полноразмерное изображение

Ключевые слова

Литий-ионный аккумулятор

Влияние температуры

Внутренняя температура

Управление батареями

Управление температурой

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2018 Китайское общество исследования материалов. Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Батареи | Бесплатный полнотекстовый | Обзор температурно-зависимых электрохимических свойств, старения и рабочих характеристик литий-ионных элементов

Полимерные электролиты (ПЭ) обычно представляют собой мембрану, состоящую из полимерного хозяина и литиевой соли.Они обладают хорошими транспортными свойствами и по сравнению с жидкими электролитами имеют некоторые преимущества, такие как негорючесть, отсутствие внутреннего короткого замыкания, энергонезависимость, отсутствие утечки электролита, повышенная безопасность и меньшее разложение на поверхности электродов [68,69,70] . Наиболее часто изучаемые ПЭ основаны на поли (оксаалканах), поли (азаалканах) или поли (тиаалканах) [71]. Материалы, используемые в полимерных электролитах (ПЭ), должны быть механически и термически стабильными в широком диапазоне температур, быть электрохимически стабильными при высоких и низких потенциалах электродов, иметь низкую энергию активации для проводимости и не реагировать на граница раздела электролит-электрод.Что еще более важно, они должны иметь низкую температуру стеклования (T g ), поскольку ионная проводимость становится ниже в высокополимерной кристаллической структуре [72]. Миндемарк и др. [73] синтезировали электролит на основе сополимеров триметиленкарбоната и ε-капролактона и сообщили, что увеличение содержания сложного эфира улучшает ионную проводимость и снижает T g. Комплексы полиэфир – соль лития являются наиболее изученными полиэтиленами, ионная проводимость которых находится в пределах от 10 −7 до 10 −8 S.см −1 . Их низкая ионная проводимость обусловлена ​​их высококристаллической структурой при температуре окружающей среды, что ограничивает их применение [56]. Sun et al. [74] сообщили, что графики зависимости ионной проводимости от температуры для полимерных электролитов на основе поли (триметиленкарбоната) демонстрируют поведение Фогеля – Таммана – Фулчера (VTF) в диапазоне температур от 294 до 357 К. Помимо ограниченной ионной проводимости, имеются Кроме того, это высокая межфазная преграда, вызванная плохим контактом и смачиванием полимерных электролитов на обычных композитных катодах / анодах.Sun et al. [75] сообщили об улучшении межфазных свойств электрод / электролит за счет добавления олигомера поли (триметиленкарбоната) в качестве межфазного медиатора. ПЭ также страдают низкой теплопроводностью вместе с низким числом переноса лития, которое колеблется в пределах 0,1–0,2 [56]. Для лучшей механической и термической стабильности полиэтилены сшивают с использованием сшивающего агента, такого как изоцианаты. Сукешини и др. В работе [76] изучалась температурная зависимость ионной проводимости тройного полимерного электролита, содержащего поливинилхлорид в качестве растворителя, бис (триметилсульфонил) имид лития в качестве соли и дибутилфталат в качестве пластификатора.Nest et al. [77] разработали взаимосвязь между температурой стеклования (T g ) и молярностью сшивающего агента (C), как показано ниже.

1Тг = 1Тг0-7,6 ​​× 10-4С

(29)

где Tg0 - температура стеклования при C = 0.

Батареи умирают в холодную погоду: объяснение

Сейчас зима. А с этим идут тяжелые пальто, ледяной ветер, а иногда и отрицательные температуры: условия, не благоприятные для аккумуляторов.

Автомобильные аккумуляторы

Резкие перепады температур, как правило, неблагоприятны для аккумуляторов.По данным Lifewire, емкость свинцово-кислотных аккумуляторов падает примерно на 20 процентов в нормальную или морозную погоду и примерно на 50 процентов при температурах, достигающих примерно -22 градусов по Фаренгейту.

В результате автомобильный аккумулятор может разрядиться любым зимним утром. Это связано с уменьшением мощности и повышенным потреблением пусковых двигателей и принадлежностей. Это связано с тем, что стартерным двигателям для работы требуется огромная сила тока: это снижает емкость даже самых новых батарей.

Прочтите статью полностью.

Сотовые телефоны

При низких температурах даже полностью заряженный телефон может резко упасть до нуля.

Почему? Согласно LiveScience, работа батарей зависит от химических реакций, а низкие температуры замедляют или останавливают эти реакции. Литий-ионные батареи работают, разряжая свои электрические токи как отдельные ионы лития, которые перемещаются через раствор от одного конца батареи (анода) к другому концу (катоду).Холод замедляет или даже может остановить эти реакции, хотя до сих пор не совсем понятно, почему.

«Точные механизмы, приводящие к плохой работе литий-ионных аккумуляторов при низких температурах, до сих пор недостаточно изучены», - написала группа инженеров по аккумуляторным батареям в статье «Критический обзор тепловых проблем литий-ионных аккумуляторов», опубликованной в Журнал Электрохимического общества .

Решение? Дайте телефону нагреться до температуры, достаточной для возобновления реакции, и он должен вернуть ваш аккумулятор к исходному уровню заряда.

Прочтите статью полностью.

235-е совещание ECS, которое состоится 26-30 мая 2019 г. в Далласе, штат Техас, предлагает отличную возможность для дальнейшего изучения вопросов, связанных с миром аккумуляторов. Ученые, инженеры и лидеры отрасли со всего мира собираются вместе, чтобы поделиться своими исследованиями, обсудить новые идеи и открыть для себя новые возможности. Не упустите эту возможность!

Связанные

Какой аккумулятор лучше всего подходит для холодной погоды?

Зимы в Северной Дакоте могут быть очень холодными.Каждую зиму на нашем заводе в Гранд-Форкс, Северная Дакота, мы наблюдаем температуру от -40F до -20F. Это достаточно холодно, чтобы вы могли подбросить чашку кофе в воздух, и он замерзнет, ​​прежде чем упасть на землю. Здесь, на великих равнинах, холодная погода неумолима - сильный ветер, глубокий снег, долгие ночи. Dakota Lithium родилась из этого сурового ландшафта. Мы хотели создать аккумулятор, который надолго выдержит суровые условия и низкие температуры. Вот что мы узнали:

Литий-железо-фосфатные батареи - лучший выбор для холодной погоды

Если вы питаете эхолот, троллинговый двигатель, жилые автофургоны, лодки, тележку для гольфа и электромобиль или обеспечиваете накопитель солнечной энергии, железо-фосфатные батареи Dakota Lithium обеспечивают превосходные характеристики по сравнению со свинцово-кислотными батареями, особенно в холодную погоду:

  1. Литиевые батареи Dakota имеют более длительный срок службы - обычно в 4–5 раз дольше, чем батареи SLA, в зависимости от области применения.
  2. Они на 60% легче.
  3. Литиевые батареи
  4. Dakota имеют удвоенную номинальную емкость при нормальных температурах и до трех раз больше емкости SLA при разряде ниже нуля. Это связано с тем, что кривая напряжения у литиевой батареи Dakota плоская - вы получаете всю мощность до последней капли. Кроме того, напряжение и емкость не сильно падают при температурах ниже точки замерзания. Это означает, что сменный литиевый аккумулятор Dakota емкостью 10 Ач будет иметь вдвое больше полезной мощности, чем свинцово-кислотный аккумулятор на 10 Ач при нормальных температурах, и до трех раз больше емкости свинцово-кислотного аккумулятора в очень холодную погоду.
  5. Кроме того, они не требуют обслуживания и могут быть установлены в любом направлении (даже вверх ногами).
  6. Литиевые батареи
  7. Dakota также заряжаются быстрее и не требуют полной зарядки перед хранением или использованием.

Литий-железо-фосфатные батареи Dakota можно безопасно разряжать в широком диапазоне температур, обычно от –40 ° C до 60 ° C. Это делает их хорошим выбором для использования в любых погодных условиях и в любое время года. Но зимой они сияют.В отличие от других литиевых батарей, Dakota Lithium отлично подходит для работы в холодную погоду с минимальными потерями емкости и производительности. Например, прошлой зимой вы, возможно, слышали истории об автомобилях Tesla, которые плохо справляются с холодом, или о других электромобилях, у которых сокращается срок службы батареи. Литий-железо-фосфат Dakota - это другой химический состав лития, который более стабилен и однозначно может удерживать заряд и разряд при гораздо более низких температурах.

Кроме того, литий-железо-фосфатные батареи также лучше работают при более низких температурах, чем свинцово-кислотные батареи (SLA).При 0 ° C (точка замерзания), например, емкость свинцово-кислотной батареи снижается до 50%, в то время как литий-железо-фосфатная батарея теряет только 10% при той же температуре.

Литиевые батареи Dakota, развернутые за полярным кругом

Этим летом Инженерный корпус армии США установил литиевые батареи Dakota в сенсорном оборудовании по всей Северной Аляске. Причина по которой? Они служат так долго и продолжают работать даже в холодные арктические зимы, что делает DL идеальным выбором для использования в суровых и удаленных условиях.

« Мы очень гордимся тем, что работаем с Инженерным корпусом армии США над этим полевым исследованием в суровых условиях окружающей среды. По сути, они выбрали нас для замены свинцово-кислотных установок в этой ситуации из-за легендарного сочетания цены, качества и услуг, предлагаемого командой Dakota Lithium. Мало того, что блоки Dakota очень хорошо работают в холодных и экстремальных условиях, наши сотрудники по исследованиям и разработкам могут преодолеть разрыв от батареи до полевого оборудования и исследовательских проектов, а также поделиться ключевыми идеями о том, как батарею можно оптимизировать в качестве детали. более широкой конструкции клиента .»- Майкл Шоп, технический директор, Dakota Lithium

Литиевые батареи Dakota, развернутые на Аляске Инженерным корпусом армии США.

Быстрая зарядка литий-ионных аккумуляторов при любых температурах

Значимость

Беспокойство о запасе хода является ключевой причиной того, что потребители неохотно выбирают электромобили. Чтобы быть действительно конкурентоспособными с бензиновыми автомобилями, электромобили должны позволять водителям быстро перезаряжаться в любом месте в любую погоду, например, заправлять бензиновые автомобили.Однако ни один из современных электромобилей не поддерживает быструю зарядку при низких или даже низких температурах из-за риска литиевого покрытия, образования металлического лития, что резко сокращает срок службы батареи и даже создает угрозу безопасности. Здесь мы представляем подход, который обеспечивает быструю зарядку литий-ионных аккумуляторов за 15 минут при любых температурах (даже при -50 ° C), сохраняя при этом значительный срок службы (4500 циклов, что эквивалентно> 12 лет и> 280000 миль электромобиля). срок службы), что делает электромобили действительно независимыми от погодных условий.

Аннотация

Быстрая зарядка является ключевым фактором массового внедрения электромобилей (EV). Ни один из современных электромобилей не выдерживает быстрой зарядки при низких или даже низких температурах из-за риска литиевого покрытия. Попытки включить быструю зарядку затрудняются из-за компромиссного характера литий-ионной батареи: улучшение возможности быстрой низкотемпературной зарядки обычно приносит в жертву долговечность элементов. Здесь мы представляем управляемую структуру ячеек, чтобы избавиться от этого компромисса и обеспечить быструю зарядку без литиевого покрытия (LPF).Кроме того, элемент LPF обеспечивает унифицированную практику зарядки независимо от температуры окружающей среды, предлагая платформу для разработки материалов для аккумуляторов без температурных ограничений. Мы демонстрируем элемент LPF 9,5 А · ч 170 Вт · ч / кг, который может быть заряжен до 80% заряда за 15 минут даже при -50 ° C (за пределами рабочего предела элемента). Кроме того, элемент LPF выдерживает 4500 циклов зарядки 3,5-C при 0 ° C с потерей емкости <20%, что в 90 раз увеличивает срок службы по сравнению с базовым обычным элементом и эквивалентно> 12 лет и> 280000 миль. Срок службы электромобиля в таких экстремальных условиях использования, т.е.е., 3,5-C или 15-минутная быстрая зарядка при отрицательных температурах.

Электромобили (ЭМ) имеют большие перспективы в решении проблем изменения климата и энергетической безопасности (1). Автопроизводители выстраиваются в очередь, чтобы наводнить рынок серией новых электромобилей. Несмотря на быстрое падение стоимости литий-ионных аккумуляторов (LiB) на 80% за последние 7 лет (2), рынок электромобилей по-прежнему составляет лишь около 1% годовых продаж легковых автомобилей. Беспокойство о запасе хода, страх, что у электромобиля может закончиться заряд во время поездки с водителем, который остался в затруднительном положении, долгое время упоминался как основная причина, по которой потребители неохотно выбирают электромобили.Это беспокойство усугубляется тем фактом, что подзарядка электромобилей обычно занимает гораздо больше времени, чем заправка автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ICEV). Исследования показали, что годовой пробег электромобилей увеличился более чем на 25% в районах, где водители имеют доступ к станциям быстрой зарядки, даже в тех случаях, когда быстрая зарядка использовалась для от 1 до 5% от общего числа случаев зарядки (3).

По всему миру идет захватывающая гонка за увеличение количества и мощности станций быстрой зарядки. BMW, Daimler, Ford и Volkswagen в прошлом году создали совместное предприятие (4), чтобы к 2020 году развернуть 400 «сверхбыстрых» зарядных станций по всей Европе с мощностью зарядки до 350 кВт, что позволяет заряжать электромобиль с пробегом 200 миль. (е.г., Chevy Bolt с батареей на 60 кВтч) за ∼10 мин. Honda также объявила о планах по выпуску электромобилей, способных к 15-минутной быстрой зарядке к 2022 году. Совсем недавно Министерство энергетики США объявило о финансировании проектов по разработке технологий сверхбыстрой зарядки (5), направленных на дальнейшее увеличение мощности зарядки до 400 кВт.

Критическим препятствием для быстрой зарядки является температура. Чтобы быть действительно конкурентоспособными с ICEV, быстрая зарядка электромобилей не должна зависеть от региона и погодных условий, так же, как заправка бензинового автомобиля.Зимой на половине территории США средняя температура ниже 0 ° C, как показано на рис. 1 A (6). Однако ни один из современных электромобилей не поддерживает быструю зарядку при низких температурах. Nissan Leaf, например, можно зарядить до 80% за 30 минут (заряд ~ 2 ° C) при комнатной температуре, но для зарядки того же количества энергии при низких температурах потребуется> 90 минут (заряд + . В суровых условиях большая поляризация анода может подтолкнуть потенциал графита ниже порога для литиевого покрытия (8, 9).

Рис. 1.

LPF Быстрая зарядка независимо от температуры окружающей среды. ( A ) Средняя зимняя температура в США. Половина из них <0 ° C, а 47 состояний <10 ° C. ( B ) Литературные данные о сроке службы при различных температурах, нормированные на срок службы при 25 ° C. Элемент LPF позволяет сместить парадигму от экспоненциальной линии обычных литий-ионных элементов к верхней горизонтальной линии.( C - E ) Схематическое изображение структуры управляемого элемента для быстрой зарядки LPF. Ячейка ( C, ) первоначально при температуре замерзания ( D ) проходит этап быстрого внутреннего нагрева, чтобы поднять ее температуру выше порогового значения (T LPF ), которое исключает нанесение литиевого покрытия до ( E ). заряжено. Используется конструкция самонагревающейся батареи, которая имеет тонкую никелевую фольгу внутри элемента (подробности см. В приложении SI , рис. S4).Эта структура ячейки обеспечивает интеллектуальное управление разделением тока между никелевой фольгой (нагрев) и материалами электродов (зарядка) в зависимости от температуры ячейки (ячейка T , ). ( D ) Если ячейка T LPF , переключатель замыкается, чтобы направить весь ток в никелевую фольгу для быстрого нагрева (~ 1 ° C / с) без проникновения в материалы анода (без покрытия). ( E ) Когда элемент T > T LPF , переключатель размыкается, и весь ток уходит в электродные материалы для быстрой зарядки без литиевого покрытия.

Основным признаком литиевого покрытия является резкая потеря емкости в дополнение к угрозам безопасности. Действительно, недавние данные показали, что срок службы LiB значительно снижается с температурой. Коммерческий 16-Ач графит / LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 элементы в европейском проекте Mat4Bat потеряли 75% емкости за 50 циклов при 1-градусной зарядке при 5 ° C. (10), хотя одни и те же клетки могут выдержать 4000 циклов при 25 ° C. Schimpe et al. (11) циклически повторяли идентичные элементы графит / LiFePO 4 при разных температурах.Ячейки при 25 ° C потеряли 8% емкости за 2800 эквивалентных полных циклов (EFC). При такой же потере емкости срок службы элементов сокращается до 1800 EFC при 15 ° C, 1400 EFC при 10 ° C и 350 EFC при 0 ° C. На рис. 1 B обобщены некоторые недавние данные (11⇓⇓⇓ – 15) в литературе о сроке службы при различных температурах, нормированные на соответствующий срок службы при 25 ° C. Можно отметить явное экспоненциальное падение жизненного цикла с температурой в соответствии с законом Аррениуса, предложенным Waldmann et al. (12). Даже при низкой температуре 10 ° C срок службы элементов составляет лишь половину от срока службы при 25 ° C.Стоит отметить, что в 47 из 50 штатов США зимой средняя температура ниже 10 ° C (рис. 1 A ). Даже при ежегодном усреднении ( SI Приложение , рис. S1) 23 состояния имеют температуру ниже 10 ° C. Таким образом, даже когда станции быстрой зарядки становятся повсеместными, потребители все еще не могут быстро заправлять свои электромобили в течение большей части года из-за низких температур окружающей среды.

В основном, на литиевое покрытие влияют скорость ионной проводимости и диффузии в электролите, диффузия лития в частицах графита и кинетика реакции на графитовых поверхностях.Все ключевые параметры, управляющие этими процессами, подчиняются закону Аррениуса и существенно падают с температурой ( SI Приложение , рис. S2). Таким образом, подключаемый гибридный аккумулятор EV (PHEV), который может выдерживать заряд 4 ° C без литиевого покрытия при 25 ° C, может допускать заряд только 1,5 ° C при 10 ° C и C / 1,5 при 0 ° C для предотвращения литиевое покрытие ( SI Приложение , рис. S3), которое объясняет длительное время перезарядки современных электромобилей при низких температурах. Для повышения способности к быстрой зарядке исследования в литературе были сосредоточены на улучшении анодных материалов, таких как покрытие графита нанослоем аморфного кремния (16, 17), и разработке новых материалов, таких как титанат лития (18, 19) и графеновые шарики (20), и по разработке новых электролитов (21, 22) и добавок (23).LiBs, однако, хорошо известны своей компромиссной природой между ключевыми параметрами (24). Улучшение одного свойства без ущерба для другого всегда нетривиально. Например, электролит с превосходными характеристиками при низких температурах довольно часто нестабилен при высоких температурах (23, 24). Точно так же уменьшение размера частиц и / или увеличение площади поверхности активных материалов Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ) способствует быстрой зарядке, но при этом страдает срок службы батареи и безопасность. Чрезвычайно сложно, если вообще возможно, разработать материалы с высокой скоростью зарядки, сохраняя при этом долговечность и безопасность в широком диапазоне температур.

Здесь мы делаем попытку освободить науку об аккумуляторах от компромиссов. В частности, мы представляем структуру ячеек, которой можно активно управлять для достижения быстрой зарядки без литиевого покрытия (LPF) при любых температурах окружающей среды, что позволяет изменить парадигму соотношения между сроком службы и температурой (рис. 1 B ), с корреляция Аррениуса обычных LiB с горизонтальной линией, нечувствительной к температуре. Мы выбрали пакетные ячейки емкостью 9,5 Ач с графитовым анодом, LiNi 0.6 Mn 0,2 Co 0,2 O 2 (NMC622) катод и плотность энергии на уровне ячейки 170 Втч / кг для демонстрации. Со структурой элемента LPF элемент выдержал 4500 циклов (2806 EFC) зарядки 3,5-C при 0 ° C до достижения 20% потери емкости, что означает, что даже если электромобиль заряжается один раз в день в таких суровых условиях, Элемент LPF имеет срок службы 12,5 лет и может обеспечить дальность действия> 280 000 миль (при условии, что 1 EFC ≈ 100 миль). Это уже выходит за рамки гарантии большинства ICEV.Для сравнения, обычный LiB-элемент с идентичными материалами батареи в тех же условиях тестирования (заряд 3,5 ° C при 0 ° C) потерял 20% емкости всего за 50 циклов и 23 EFC.

Кроме того, в этой работе подчеркивается концепция унифицированной практики зарядки, независимой от температуры окружающей среды. Для электромобилей профили разряда батареи зависят от поведения водителей, но протоколы зарядки определяются производителями. Сегодняшние электромобили должны снижать скорость зарядки при понижении температуры из-за опасений по поводу литиевого покрытия.С помощью элемента LPF зарядка при любой температуре окружающей среды превращается в зарядку при оптимальной температуре всего за десятки секунд. Как показано здесь, элемент LPF может быть заряжен до 80% состояния заряда (SOC) за 15 минут даже при температуре окружающей среды -50 ° C. Более того, кривая зарядного напряжения при -50 ° C почти такая же, как и при 25 ° C. Эта унифицированная практика зарядки может значительно упростить управление аккумулятором и продлить срок его службы.

Кроме того, ячейка LPF предлагает платформу для материаловедов.Постоянной проблемой при исследовании материалов для аккумуляторов является поиск материалов, которые могут поддерживать хорошие характеристики в широком диапазоне температур. Поскольку температурные ограничения снимаются с ячейками LPF, исследователям нужно только оптимизировать характеристики материала около одной температуры.

Результаты и обсуждение

Контролируемая структура ячеек для быстрой зарядки LPF.

Ключевая идея быстрой зарядки LPF состоит в том, чтобы заряжать элемент всегда выше температуры, которая может препятствовать образованию литиевого покрытия, далее именуемой температурой LPF (T LPF ).Как показано на рис. 1 C - E , этап быстрого внутреннего нагрева (рис. 1 D ) добавляется перед этапом зарядки (рис. 1 E ), чтобы гарантировать, что аккумулятор заряжен при температура выше T LPF .

Быстрый нагрев необходим для быстрой зарядки LPF, так как общее время зарядки, включая нагрев, ограничено от 10 до 15 минут. Обычные методы нагрева батареи с использованием внешних нагревательных устройств или систем управления температурой ограничены внутренним конфликтом между скоростью нагрева и однородностью (т.е., высокая скорость нагрева приводит к неоднородной температуре и локализованному перегреву вблизи поверхности ячейки), как подробно описано в ссылке. 25; таким образом, их скорость нагрева ограничена ~ 1 ° C / мин (26), что означает, что нагрев от -20 ° C до 20 ° C уже займет> 40 мин. Добавляя время на зарядку, он уже не в категории быстрой зарядки. В этой работе мы используем самонагревающуюся структуру LiB (27), которая имеет тонкую никелевую (Ni) фольгу, встроенную в ячейку, которая может создавать огромный и равномерный нагрев, как показано в приложении SI , рис.S4. Фольга Ni является неотъемлемым компонентом отдельной ячейки вместе с электродами и электролитом. Он служит внутренним нагревательным элементом, а также внутренним датчиком температуры, поскольку его электрическое сопротивление линейно зависит от температуры ( SI Приложение , рис. S5). Кроме того, введение никелевой фольги добавляет только 0,5% веса и 0,04% стоимости по сравнению с обычным одиночным элементом LiB.

Стратегия управления, основанная на структуре самонагревающейся батареи, разработана в этой работе, как показано на рис.1 C - E . Ключом к этой стратегии является интеллектуальное разделение входного тока между никелевой фольгой (нагрев) и материалами электродов (зарядка) в зависимости от температуры элемента (T , ячейка ). Если T cell LPF (Рис. 1 D ), постоянное напряжение, близкое к напряжению холостого хода элемента (OCV), применяется вместе с замыканием переключателя между положительной клеммой и клеммой активации. Поскольку напряжение элемента ≈ OCV, весь ток от источника заряда направляется к никелевой фольге, чтобы генерировать огромное внутреннее тепло, не проникая в материалы анода (без литиевого покрытия).Как только T cell > T LPF (Рис. 1 E ), переключатель открывается для перехода из режима нагрева в режим зарядки, при этом ток подается на материалы электродов без какого-либо риска литиевого покрытия.

Для демонстрации быстрой зарядки LPF мы выбираем карманные элементы 9,5 Ач / NMC622. Элементы имеют емкость 1,85 мАч / см 2 и плотность энергии на уровне элементов 170 Втч / кг. Выбор скорости заряда и T LPF основан на результатах моделирования потенциала осаждения Li (LDP) в приложении SI , рис.S3 с использованием откалиброванной модели LiB. В общем, T LPF должна иметь минимальную температуру, при которой можно избежать литиевого покрытия при данной скорости заряда. Хотя более высокая температура всегда благоприятна для устранения литиевого покрытия, она также может ускорить рост межфазной границы твердого электролита (SEI). В этой работе скорость заряда 3,5 C и T LPF ∼25 ° C выбраны на основе SI Приложение , рис. S3 C .

На рис.2 показан общий процесс быстрой зарядки LPF 9.Элемент емкостью 5 Ач при экстремальной температуре −40 ° C. Перед испытанием полностью разряженный элемент выдерживали в климатической камере при -40 ° C на> 12 часов. Чтобы гарантировать, что элемент не был заряжен (без литиевого покрытия) на этапе нагрева, напряжение 3,15 В, немного ниже, чем OCV (~ 3,2 В), было приложено вместе с включением переключателя (см. Рис. 1 D ). Таким образом, весь входной ток проходил через никелевые фольги (рис. 2 E ) автоматически, не затрагивая материалы батареи.Поскольку напряжение ячейки было установлено на 50 мВ ниже, чем OCV, ячейка слегка разряжалась на этапе нагрева, которая постепенно увеличивалась до ~ 0,2 ° C к концу, когда ячейка стала нагретой (рис. 2 F ). Тем не менее, общая разрядная емкость во время этапа нагрева составляет только 6,85 × 10 -3 Ач или 0,072% емкости элемента и, следовательно, несущественна. Благодаря сильному току, протекающему через Ni-фольгу, ячейка быстро нагревается (рис. 2 C ).Когда температура поверхности достигала 20 ° C, выключатель открывался для завершения этапа нагрева, а затем ячейка отдыхала 10 с для релаксации внутреннего температурного градиента. Как показано на рис. 2 G , температура никелевой фольги, самая высокая температура внутри ячейки, была <45 ° C во время нагрева и быстро падала и достигала температуры поверхности около 27 ° C после 10-секундного периода покоя. что указывает на то, что быстрый нагрев не вызывает никаких опасений по поводу безопасности. После этого ячейка переключилась в режим заряда с использованием протокола постоянного тока и постоянного напряжения (CCCV) при токе 3.5 C ограничено напряжением отсечки 4,2 В до достижения 80% SOC. Весь процесс занял 894,8 с (14,9 мин), включая 61,6 с нагрева и 10 с термической релаксации.

Рис. 2.

Быстрая 15-минутная зарядка при −40 ° C. ( A - D ) Эволюция ( A ) напряжения элемента, ( B ) разделение тока между никелевой (Ni) фольгой и элементом, ( C ) температура поверхности и ( D ) SOC . Первоначально ячейка была при 0% SOC и -40 ° C, с OCV ~ 3.2 В. Весь процесс зарядки был разделен на этап быстрого внутреннего нагрева, за которым следовала 10-секундная пауза, а затем зарядка CCCV (3,5 ° C, 4,2 В) до достижения 80% SOC. ( E и F ) Интеллектуальное управление разделением тока между никелевой фольгой и материалами электродов в процессе нагрева. ( E ) Весь входной ток проходит в никелевые фольги, а ( F ) незначительный ток проходит в материалы анода (без покрытия) на этапе нагрева. ( G ) Эволюция температуры поверхности и температуры Ni-фольги во время стадий нагрева и релаксации.

Для сравнения идентичную базовую ячейку заряжали без этапа быстрого нагрева с использованием того же протокола CCCV при -40 ° C ( SI, приложение , рис. S6). Из-за чрезвычайно медленной электрохимической кинетики и транспорта электролита и, следовательно, высокого внутреннего сопротивления, напряжение элемента достигло предела 4,2 В сразу после зарядки ( SI Приложение , рис. S6 A ), а пусковой ток составлял всего ∼0,2 C. ( SI Приложение , рис. S6 B ).Зарядный ток медленно восстанавливался при вялом повышении температуры ( SI Приложение , рис. S6, C ) из-за ограниченной скорости тепловыделения. Максимальный зарядный ток составлял всего 0,85 C, и потребовалось 115 минут, чтобы достичь 80% SOC, что в 7,7 раза больше, чем у элемента LPF.

В общем, при очень низких температурах можно разработать батарею, которая разряжает разумный процент емкости; однако зарядить аккумулятор с разумной скоростью практически невозможно.Это происходит из-за асимметричной электрохимической кинетики зарядки по сравнению с разрядкой, преобладающей в электрохимии. С другой стороны, приложения обычно требуют более высокой скорости зарядки для экономии времени. Представленный здесь метод нагрева-зарядки с помощью самонагревающейся конструкции батареи позволяет разделить процессы заряда и разряда за счет быстрой модуляции внутренней температуры; таким образом, он способен преодолевать более слабую электрохимическую кинетику зарядки, чем разряд, для широкого набора электрохимических ячеек накопления энергии.

Унифицированная кривая зарядки, не зависящая от температуры окружающей среды.

На рис. 3 сравнивается зарядка элемента LPF на 9,5 Ач при различных температурах окружающей среды (−50 ° C, −40 ° C, −20 ° C и 0 ° C). Протокол испытаний был одинаковым во всех случаях: ( и ) полная разрядка при 25 ° C, а затем охлаждение до температуры испытания; ( II ) быстрое нагревание путем приложения постоянного напряжения 3,15 В до тех пор, пока температура поверхности не станет> 20 ° C; ( iii ) 10-секундное расслабление; и ( iv ) Зарядка CCCV (3.5 C, 4,2 В) до 80% SOC. Видно, что кривые напряжения практически одинаковы во всех случаях, несмотря на огромную разницу в температуре окружающей среды (рис. 3 A ). Нагрев ячейки с -50 до 20 ° C (∼1 ° C / с) занял 69 с, а от 0 ° C до 20 ° C (0,66 ° C / с) - 30,2 с. Более быстрый нагрев при более низкой температуре окружающей среды выиграл от снижения сопротивления фольги Ni с повышением температуры ( SI Приложение , рис. S5), что привело к более высокому току нагрева при более низкой температуре (рис. 3 C ).Даже в случае -50 ° C этап нагрева составлял только 7,6% времени всего процесса. Общее время зарядки элемента до 80% SOC было одинаковым во всех четырех случаях (рис. 3 B , 905,7 с при –50 ° C и 863,2 с при 0 ° C, разница ∼5%). Таким образом, жесткие ограничения температуры окружающей среды на время зарядки, как и во всех современных электромобилях, полностью снимаются с помощью элемента LPF.

Рис. 3.

Единая практика зарядки независимо от температуры окружающей среды. ( A ) Кривые напряжения элемента LPF при различных температурах окружающей среды.Во всех тестах элемент прошел этап быстрого нагрева при 3,15 В до достижения температуры поверхности> 20 ° C, выдерживался в течение 10 с, а затем заряжался постоянным током 3,5 ° C с последующим постоянным напряжением 4,2 В. до достижения 80% SOC. ( B ) Сводка времени нагрева и общего времени, демонстрирующая, что ограничения температуры окружающей среды на время зарядки устранены. ( C и D ) Эволюция ( C ) тока через никелевую фольгу и ( D ) температуры поверхности ячейки на этапе быстрого нагрева.

Температура поверхности и фольги Ni достигла ∼27 ° C после 10-секундной термической релаксации ( SI Приложение , рис. S7) во всех четырех случаях, что указывает на то, что начальная точка зарядки аналогична. Таким образом, кривые напряжения при последующей зарядке CCCV были очень похожими ( SI, приложение , рис. S8, A ). Немного более высокое напряжение при более низкой температуре окружающей среды было приписано большему падению температуры во время зарядки ( SI Приложение , рис. S8, B ) из-за сильного охлаждения в климатической камере.При улучшении теплоизоляции и управления можно ожидать, что кривая зарядки станет унифицированной и независимой от температуры окружающей среды. Унифицированная кривая заряда может значительно упростить систему управления батареями и повысить точность оценки состояния батареи (SOC, состояние здоровья и т. Д.) И, следовательно, чрезвычайно полезна для электромобилей.

Следует отметить, что современные электромобили, в принципе, также могут быть нагреты до> T LPF перед зарядкой, используя системы терморегулирования вне отдельных элементов; однако изначально низкая скорость внешнего нагрева (<1 ° C / мин) не позволяет решить проблему быстрой зарядки.Кроме того, поскольку автомобильные элементы становятся все больше и толще для снижения стоимости производства, скорость внешнего нагрева должна быть дополнительно снижена, чтобы избежать локального перегрева на поверхности элемента (25). Наш метод вставки никелевой фольги обеспечивает быстрый и равномерный внутренний нагрев независимо от размера ячейки (равномерность нагрева может быть гарантирована добавлением нескольких никелевых фольг). Этот метод также может быть применен к ячейкам другой геометрии. Например, фольга Ni может образовывать рукав, обернутый вокруг первой половины цилиндрического рулона с желе перед намоткой второй половины, таким образом помещая его прямо в середину рулона с желе для цилиндрической ячейки.Несколько примеров конструкций из никелевой фольги для различных типов и форм-факторов ячеек можно найти в ссылке. 28. Кроме того, поток тока внутри элемента между нагревательным элементом и материалами батареи активно регулируется, обеспечивая плавное переключение между режимом быстрого нагрева и режимом зарядки в зависимости от температуры элемента. Даже в крайнем случае -50 ° C, когда электролит уже перестает работать, элемент LPF все еще заряжается до 80% SOC за 15 минут, как и при комнатной температуре, что еще раз демонстрирует свой потенциал для обеспечения истинного использования электромобилей в регионах и погодных условиях. -независимый.

Замечательный срок службы за счет отсутствия литиевого покрытия.

Мы также демонстрируем устранение литиевого покрытия в элементе LPF. Зарядка ячейки LPF при 0 ° C сравнивается с двумя стандартными ячейками базовой линии с идентичными материалами и электродами, которые были заряжены по тому же протоколу CCCV (3,5 C, 4,2 В) до 80% SOC без этапа нагрева. Одна базовая ячейка была протестирована при 0 ° C, а другая - при 25 ° C. Как показано на рис. 4 A , кривая напряжения ячейки LPF при 0 ° C после этапа быстрого нагрева почти перекрывалась с кривой напряжения базовой ячейки при 25 ° C, с очень небольшой разницей из-за разницы в температуре. (Инжир.4 В ). Однако базовая ячейка при 0 ° C имеет гораздо более высокое напряжение, чем две другие ячейки из-за ее высокого внутреннего сопротивления. Все три ячейки были оставлены в разомкнутой цепи после зарядки до 80% SOC, и кривые напряжения во время релаксации сравниваются на рис. 4 C . Четкое плато напряжения наблюдается на кривой релаксации базовой ячейки при 0 ° C, что приводит к локальному пику на кривой дифференциального напряжения (рис. 4 D ). Плато напряжения и пик дифференциального напряжения указывают на появление металлического лития, и, таким образом, являются четким доказательством того, что покрытие литием произошло в 3.5-C зарядка базового элемента при 0 ° C. В двух других случаях напряжение элемента быстро падает до относительно стабильного значения, что указывает на отсутствие литиевого покрытия во время зарядки.

Рис. 4.

Замечательный срок службы элемента LPF. Сравнение базовых ячеек при 0 ° C и 25 ° C с ячейкой LPF при 0 ° C с точки зрения напряжения ( A, ) и ( B ) температуры поверхности во время зарядки и ( C ) напряжения и ( D ) производная по времени напряжения во время релаксации ячейки после зарядки.Все элементы были заряжены током 3,5 ° C, ограниченным 4,2 В, пока они не достигли 80% SOC. Плато напряжения в C и локальный пик дифференциального напряжения в D базовой ячейки при 0 ° C указывают на удаление металлического лития. ( E ) Сохранение емкости в зависимости от количества циклов для элемента LPF и цикла базовой ячейки с зарядкой 3,5 ° C при температуре окружающей среды 0 ° C.

Отсутствие литиевого покрытия значительно увеличило срок службы при низких температурах. Велоспорт-тесты проводились с 3.Зарядка 5-C до 4,2 В с последующим 2-минутным перерывом и затем разряд 1-C до 2,7 В. Для элемента LPF этап быстрого нагрева при постоянном напряжении 3,4 В выполнялся в начале каждого цикла и завершался. при Т ячейка > 20 ° С с последующей 10-секундной релаксацией. Ячейки полностью охлаждались до 0 ° C после этапа разряда перед началом следующего цикла. Изменения напряжения и температуры во время циклирования приведены в приложении SI , рис. S9 (один цикл) и в приложении SI , рис.S10 (10 циклов). Пропускная способность каждого цикла указана в приложении SI , рис. S11. Циклические испытания периодически приостанавливались для калибровки емкости элемента с эталонным тестом производительности (RPT) при 25 ° C ( SI, приложение , рис. S12). Измеренная разрядная емкость C / 3 в RPT была нанесена на график зависимости от номера цикла на рис. 4 E как для базовой линии, так и для ячеек LPF. Базовая ячейка потеряла 20% емкости всего за 50 циклов, тогда как ячейка LPF выдержала 4500 циклов при том же сохранении емкости, что составляет 90-кратное увеличение срока службы.Даже если водители электромобилей выполняют быструю зарядку один раз в день, 4500 циклов означают 12,5 года работы. При преобразовании в EFC (т. Е. Общая емкость, разряженная во время цикла, деленная на номинальную емкость 9,5 Ач), было получено 2806 EFC при сохранении емкости 80%, что в 122 раза больше по сравнению с базовой ячейкой (23 EFC). Предполагая 100-мильный запас хода на EFC (например, BMW i3), 2806 EFC указывают на срок службы> 280 000 миль, что намного превышает гарантии современных ICEV.

Две вышеуказанные ячейки на рис.4 E далее сравнивают с дополнительными базовыми клетками, один цикл подвергался 10 ° C, а другой - 22 ° C. Эти два базовых элемента изначально были при 20% SOC и заряжались и разряжались фиксированным объемом, равным 60% SOC свежего элемента в каждом цикле, с CCCV (3 C, 4,2 В) зарядом и 1-C разрядом. Поскольку протоколы циклирования несколько отличаются, сохранение емкости этих ячеек показано в зависимости от EFC на рис. 5 A . Отметим, что элемент с зарядкой 3-C при 10 ° C продержался всего 317 EFC при сохранении 80% емкости.Более того, элемент LPF при 0 ° C имеет даже более длительный срок службы, чем элемент базового уровня при 22 ° C. Причина двоякая. Во-первых, поскольку литиевое покрытие исключается, доминирующим механизмом старения является рост SEI, который зависит в первую очередь от температуры. Как показано в приложении SI , рис. S10 B , на участках разряда и охлаждения элемента LPF температура ниже 22 ° C. Средняя температура ячейки LPF в 10 циклах, показанных в SI Приложение , рис. S10 B , составляет 11,6 ° C, что намного ниже средней температуры базовой ячейки (~ 28 ° C).Таким образом, рост SEI в клетке LPF в целом был медленнее, чем в базовой клетке. Во-вторых, базовая ячейка заряжалась на фиксированную величину емкости в каждом цикле, которая равнялась 60% SOC свежей ячейки, но становилась больше, чем 60% SOC по мере разрушения ячейки. Таким образом, базовый элемент был заряжен до более высокого SOC, чем элемент LPF (заряжен до 4,2 В, без ступени постоянного напряжения) на поздней стадии цикла. Более высокий SOC также приведет к более быстрому росту SEI.

Рис. 5.

Смена парадигмы влияния температуры окружающей среды на старение клеток.( A ) Сравнение срока службы элемента LPF при зарядке 3,5 ° C при 0 ° C с одинаковыми базовыми элементами при разных температурах. ( B ) Скорость старения в зависимости от обратной температуры четырех ячеек в A . Скорость старения определяется как отношение потери мощности (в процентах) к EFC в конце срока службы и отображается в логарифмической шкале. ( C ) Скорость старения HE ячеек следующего поколения (с толстым электродом) в литературе. Оптимальная температура зарядки HE EV ячеек сдвигается с ∼25 ° C для существующих PHEV ячеек до ∼40 ° C до 50 ° C.

Рис. 5 B дополнительно сравнивает скорость старения в вышеупомянутых четырех случаях, которая определяется как отношение потери емкости (в процентах) к EFC в конце срока службы и отображается в логарифмической шкале в зависимости от обратной температуры. Для базовых ячеек логарифм скорости старения в зависимости от 1 / T может быть описан линейной линией, подтверждающей, что скорость старения обычных LiBs следует закону Аррениуса (12). Энергия активации оценивается в -1,37 эВ, что находится в пределах диапазона, указанного в литературе (29).Мы отмечаем, что скорость старения ячейки LPF при 0 ° C была снижена на два порядка по сравнению с базовой стандартной ячейкой и стала близкой к скорости старения базовой ячейки при комнатной температуре, что указывает на сдвиг парадигмы в соотношении между скорость старения и температура окружающей среды.

LPF Быстрая зарядка высокоэнергетических элементов при повышенной температуре.

Для будущих электромобилей дальнего действия требуется плотность энергии на уровне системы не менее 225 Втч / кг, что требует плотности энергии на уровне элементов> 300 Втч / кг (30).Типичный подход к увеличению плотности энергии на уровне ячейки - увеличение площади поверхности (и толщины) электродов. Однако элементы с более толстыми анодами более склонны к нанесению литиевого покрытия из-за большего сопротивления переносу электролита. Недавняя работа (30) показала, что ячейка-пакет из графита / NMC622 с поверхностной нагрузкой 3,3 мАч / см 2 , ∼1,8 × ячейки PHEV в этой работе, потеряла 22,5% емкости за 52 цикла заряда 1,5-C при 30 ° С. После демонтажа старого элемента было обнаружено большое количество металлического лития, что указывает на то, что покрытие литием может быть серьезной проблемой в элементах с высокой энергией (HE) даже при комнатной температуре.

Возможный подход к устранению литиевого покрытия в элементах HE заключается в дальнейшем повышении температуры зарядки. Как показано в приложении SI , рис. S2, увеличение с 25 ° C до 45 ° C увеличивает кинетику интеркаляции лития на 5,6 раза, коэффициент диффузии лития в графите на 2,4 раза и проводимость электролита на 1,4 раза, и, следовательно, может способствовать снижению содержания лития. покрытие. SI Приложение , рис. S13 показывает прогнозируемый моделью LDP ячейки HE, имеющей 1,65-кратную емкость площади и толщину ячейки PHEV в этой работе.Следует отметить, что максимальный ток заряда при 25 ° C без литиевого покрытия падает с 4 C для элемента PHEV ( SI, приложение , рис. S3, C ) до ∼1,5 C для элемента HE ( SI, приложение , рис. S13 A ) из-за увеличенной толщины электрода. Если заряжать элемент при 45 ° C, максимальная скорость заряда HE-элемента может быть увеличена до 3 C. Действительно, недавние исследования показали, что элементы с толстыми электродами имеют более длительный срок службы при 40-45 ° C, чем при температуре от 40 ° C до 45 ° C. комнатная температура.Группа Йоссена (31) сообщила, что элемент графит / LiCoO 2 с анодом толщиной 77 мкм (1,6 × настоящей работы) потерял 30% емкости за 250 циклов с зарядом 1 ° C при 25 ° C, но потерял только Емкость 5% после 400 циклов при 40 ° C. Аналогичным образом группа Винтера (32) обнаружила, что срок службы элемента из графита / NMC532 с анодом толщиной 77 мкм увеличился с 400 циклов при 20 ° C до 1100 циклов при 45 ° C при сохранении емкости 70%. Совсем недавно исследователи из Samsung (20) разработали элемент HE с возможностью зарядки 5 ° C при 60 ° C.

Рис. 5 C сравнивает скорость старения вышеупомянутых клеток HE с клетками PHEV в этой работе. Также добавляется скорость старения ячейки PHEV при 45 ° C. Как сообщается в литературе (33), старение клеток является комбинированным эффектом роста SEI и литиевого покрытия. Для элемента PHEV 25 ° C достаточно высока, чтобы предотвратить образование лития при скорости заряда 3,5 ° C ( SI Приложение , рис. S3). Дальнейшее повышение температуры до 45 ° C привело к сокращению срока службы до 613 EFC при сохранении емкости 80% из-за более быстрого роста SEI.Для клеток HE, однако, полезно работать при температуре от ~ 40 ° C до 45 ° C из-за уменьшения литиевого покрытия, которое превосходит негативные последствия более быстрого роста SEI. Следовательно, работа при более высоких температурах может быть многообещающим подходом для увеличения срока службы клеток HE. В этом отношении нагрев будет важным шагом для зарядки элементов HE. Учитывая изначально низкую скорость внешнего нагрева, нынешний элемент LPF имеет большие перспективы для электромобилей следующего поколения, поскольку он может практически мгновенно модулировать внутреннюю температуру элемента по запросу.

В широком смысле научное достоинство описанного здесь элемента LPF состоит в том, что он предлагает общее решение для разделения кинетики заряда и разряда в науке об аккумуляторах и для ускорения зарядки аккумулятора без необходимости использования новых материалов или химии. Он также предлагает платформу для материаловедов для разработки более совершенных материалов для аккумуляторов без учета температуры. Что касается приложений, настоящая работа навсегда устраняет давние ограничения температуры окружающей среды на зарядку аккумулятора, позволяя использовать широкий спектр новой электроники и устройств, таких как всепогодные смартфоны, наружные роботы, дроны и микроспутники, работающие на больших высотах, а также новые приложения, такие как спасение машин, застрявших в снегу, и исследования в космосе и Арктике.

Методы и материалы

Пакеты для LPF емкостью 9,5 Ач были изготовлены с использованием NMC622 в качестве катода, графита в качестве анода и 1 M LiPF 6 , растворенного в этиленкарбонате (EC) / этилметилкарбонате (EMC) (3: 7). по массе) + 2 мас.% виниленкарбоната (ВК) в качестве электролита. Элементы имеют емкость 1,85 мАч / см 2 и плотность энергии на уровне элементов 170 Втч / кг. Каждая ячейка LPF имеет два куска никелевой фольги, встроенных внутрь, как показано в приложении SI , рис.S4. Каждая Ni-фольга толщиной 30 мкм и сопротивлением 80,2 мОм при 25 ° C покрыта тонким (28 мкм) полиэтилентерефталатом для электрической изоляции и зажата между двумя односторонними анодными слоями. Две трехслойные сборки уложены друг на друга внутри ячейки и соединены параллельно, причем одна сборка расположена на 1/4 толщины ячейки, а другая - на 3/4 толщины ячейки от верхней поверхности ячейки. Более подробную информацию о материалах, изготовлении, структуре и испытаниях ячеек можно найти в SI Приложение , Методы и материалы .

Благодарности

Финансовая поддержка Департамента охраны окружающей среды Пенсильвании; EC Power, LLC; и Министерство энергетики США присуждено награду DE-EE0006425. Мы также благодарны EC Power за предложение программного обеспечения AutoLion, которое было приобретено Gamma Technologies.

Сноски

  • Вклад авторов: X.-G.Y., G.Z., and C.-Y.W. спланированное исследование; X.-G.Y., G.Z. и S.G. проводили исследования; X.-G.Y. и С.-Y.W. проанализированные данные; и X.-G.Y. и C.-Y.W. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1807115115/-/DCSupplemental.

Литий-ионные, литий-металлические и альтернативные технологии перезаряжаемых аккумуляторов: одиссея высокой плотности энергии

  • 1.

    IEA (2017) https://www.iea.org/ (по состоянию на 12 января 2017 г.)

  • 2.

    Nagaura T (1991) Prog Batteries Solar Cells 10: 218

    CAS Google ученый

  • 3.

    Nishi Y (2001) Литий-ионные аккумуляторные батареи; последние 10 лет и будущее. J Power Sources 100 (1-2): 101–106

    CAS Статья Google ученый

  • 4.

    Тараскон Дж. М., Арманд М. (2001) Проблемы и проблемы, с которыми сталкиваются перезаряжаемые литиевые батареи.Nature 414 (6861): 359–367

    CAS Статья Google ученый

  • 5.

    Winter M, Brodd RJ (2004) Что такое батареи, топливные элементы и суперконденсаторы? Chem Rev 104 (10): 4245–4269

    CAS Статья Google ученый

  • 6.

    Арманд М., Тараскон Дж. М. (2008) Создание лучших батарей. Nature 451 (7179): 652–657

    CAS Статья Google ученый

  • 7.

    Scrosati B, Garche J (2010) Литиевые батареи: состояние, перспективы и будущее. J Power Sources 195 (9): 2419–2430

    CAS Статья Google ученый

  • 8.

    Etacheri V, Marom R, Elazari R, Salitra G, Aurbach D (2011) Проблемы разработки передовых литий-ионных аккумуляторов: обзор. Energy Environ Sci 4 (9): 3243–3262

    CAS Статья Google ученый

  • 9.

    Scrosati B, Hassoun J, Sun Y-K (2011) Литий-ионные батареи. Взгляд в будущее. Energy Environ Sci 4 (9): 3287–3295

    CAS Статья Google ученый

  • 10.

    Wagner R, Preschitschek N, Passerini S, Leker J, Winter M (2013) Текущие тенденции и перспективы исследований различных материалов и конструкций, используемых в литиевых батареях. J Appl Electrochem 43 (5): 481–496

    CAS Статья Google ученый

  • 11.

    Crabtree G, Kócs E, Trahey L (2015) Граница накопления энергии: литий-ионные батареи и не только. MRS Bull 40 (12): 1067–1078

    CAS Статья Google ученый

  • 12.

    Ларчер Д., Тараскон Дж. М. (2015) На пути к более экологичным и экологичным батареям для хранения электроэнергии. Nat Chem 7 (1): 19–29

    CAS Статья Google ученый

  • 13.

    Шиппер Ф., Аурбах Д. (2016) Краткий обзор: прошлое, настоящее и будущее литий-ионных батарей.Russ J Electrochem 52 (12): 1095–1121

    CAS Статья Google ученый

  • 14.

    Дэн Д. (2015) Литий-ионные аккумуляторы: основы, прогресс и проблемы. Energy Sci Eng 3 (5): 385–418

    Статья Google ученый

  • 15.

    Blomgren GE (2017) Развитие и будущее литий-ионных батарей. J Electrochem Soc 164 (1): A5019 – A5025

    CAS Статья Google ученый

  • 16.

    Tarascon JM (2016) Литий-ионный аккумулятор: 25 лет увлекательного и полезного опыта. Electrochem Soc Interface 25 (3): 79–83

    CAS Статья Google ученый

  • 17.

    Besenhard JO, Winter M (1998) Реакции внедрения в усовершенствованном электрохимическом накоплении энергии. Pure Appl Chem 70 (3): 603–608

    CAS. Статья Google ученый

  • 18.

    Андре Д., Ким С.Дж., Лампа П, Люкс С.Ф., Маглия Ф, Пашос О., Стишны Б. (2015) Катодные материалы будущего поколения: перспектива автомобильной промышленности.J Mater Chem A 3: 6709–6732

    CAS Статья Google ученый

  • 19.

    Патри Г., Романьи А., Мартинет С., Фрёлих Д. (2014) Моделирование затрат на литий-ионные аккумуляторные элементы для автомобильных приложений. Energy Sci Eng 3 (1): 71–82

    Статья Google ученый

  • 20.

    Брюс П.Г., Фройнбергер С.А., Хардвик Л.Дж., Тараскон Дж.М. (2012) Li-O 2 и Li-S батареи с высоким накопителем энергии.Nat Mater 11 (1): 19–29

    CAS Статья Google ученый

  • 21.

    Capsoni D, Bini M, Ferrari S, Quartarone E, Mustarelli P (2012) Последние достижения в разработке литий-воздушных аккумуляторов. J Power Sources 220: 253–263

    CAS Статья Google ученый

  • 22.

    Кристенсен Дж., Альбертус П., Санчес-Каррера Р.С., Ломанн Т., Козинский Б., Лидтке Р., Ахмед Дж., Кожич А. (2012) Критический обзор литиево-воздушных батарей.J Electrochem Soc 159 (2): R1 – R30

    CAS Статья Google ученый

  • 23.

    Брессер Д., Пассерини С., Скросати Б. (2013) Недавний прогресс и остающиеся проблемы в области литиевых вторичных батарей на основе серы - обзор. Chem Commun 49 (90): 10545–10562

    CAS Статья Google ученый

  • 24.

    Manthiram A, Fu Y, Chung S-H, Zu C, Su Y-S (2014) Литий-серные аккумуляторные батареи.Chem Rev 114 (23): 11751–11787

    CAS Статья Google ученый

  • 25.

    Канепа П., Сай Гаутам Г., Ханна Д.К., Малик Р., Лю М., Галлахер К.Г., Перссон К.А., Седер Г. (2017) Одиссея поливалентных катодных материалов: открытые вопросы и будущие задачи. Chem Rev 117 (5): 4287–4341

  • 26.

    Besenhard JO, Winter M (2002) Достижения в аккумуляторной технологии: перезаряжаемые магниевые батареи и новые материалы отрицательных электродов для литий-ионных батарей.ChemPhysChem 3 (2): 155–159

    CAS Статья Google ученый

  • 27.

    Ким Дж. Г., Сон Б., Мукерджи С., Шупперт Н., Бейтс А., Квон О, Чой М. Дж., Чунг Х. Ю., Парк С. (2015) Обзор литиевых и нелитиевых твердотельных батарей. J Power Sources 282: 299–322

  • 28.

    Janek J, Zeier WG (2016) Надежное будущее для разработки аккумуляторов. Nature Energy 1: 16141

    Статья Google ученый

  • 29.

    Нельсон П., Галлахер К., Блум И., Дис Д. (2011) Моделирование производительности и стоимости литий-ионных батарей для транспортных средств с электрическим приводом. Отделение химических наук и инженерии. Аргоннская национальная лаборатория, Аргонн, штат Иллинойс, США

    Google ученый

  • 30.

    Теккерей М.М., Волвертон С., Айзекс Э.Д. (2012) Хранение электроэнергии для транспортировки - приближается к литий-ионным батареям и выходит за их пределы. Energy Environ Sci 5 (7): 7854–7863

    CAS Статья Google ученый

  • 31.

    Gallagher KG, Goebel S, Greszler T, Mathias M, Oelerich W., Eroglu D, Srinivasan V (2014) Количественная оценка перспективности литий-воздушных батарей для электромобилей. Energy Environ Sci 7 (5): 1555–1563

    CAS Статья Google ученый

  • 32.

    Van Noorden R (2014) Аккумулятор лучше. Nature 507 (7490): 26–28

    CAS Статья Google ученый

  • 33.

    Berg EJ, Villevieille C, Streich D, Trabesinger S, Novák P (2015) Аккумуляторные батареи: понимание ограничений химии.J Electrochem Soc 162 (14): A2468 – A2475

    CAS Статья Google ученый

  • 34.

    Грёгер О., Гастайгер Х.А., Сухсленд Дж.П. (2015) Обзор - электромобильность: батареи или топливные элементы? J Electrochem Soc 162 (14): A2605 – A2622

    Артикул CAS Google ученый

  • 35.

    Wood Iii DL, Li J, Daniel C (2015) Перспективы снижения стоимости обработки литий-ионных батарей.J Power Sources 275: 234–242

    Статья CAS Google ученый

  • 36.

    Scrosati B (2011) История литиевых батарей. J Solid State Electrochem 15 (7–8): 1623–1630

    CAS Статья Google ученый

  • 37.

    Placke T, Winter M (2015) Batterien für medizinische Anwendungen. Z Herz- Thorax- Gefäßchir 29 (2): 139–149

    Статья Google ученый

  • 38.

    Бикер П., Зима М. (2015) Был ли braucht man für eine Super-Batterie? Chem Unserer Zeit 50 (1): 26–33

    Артикул CAS Google ученый

  • 39.

    Winter M, Besenhard JO (1999) Wiederaufladbare Batterien. Часть 1: Akkumulatoren mit wäßriger Elektrolytlösung. Chem Unserer Zeit 33 (5): 252–266

    CAS Статья Google ученый

  • 40.

    Owens BB (1986) Батареи для имплантируемых биомедицинских устройств.Plenum Press, New York

    Книга Google ученый

  • 41.

    Rüdorff W, Hofmann U (1938) Über Graphitsalze. Z Anorg Allg Chem 238 (1): 1

    Статья Google ученый

  • 42.

    McCullough FP, Beale AF (1989) Электрод для использования во вторичных накопителях электроэнергии - позволяет избежать каких-либо существенных изменений размеров во время повторяющихся циклов электрического заряда и разряда.Патент США 4: 865 931

    Google ученый

  • 43.

    McCullough FP, Levine A, Snelgrove RV (1989) Вторичная батарея. Патент США 4: 830,938

    Google ученый

  • 44.

    McCullough FP (1996) Гибкое углеродное волокно, электрод из углеродного волокна и устройства вторичного накопления энергии. Патент США 5: 518,836

    Google ученый

  • 45.

    McCullough FP (1996) Гибкий электрод из углеродного волокна с низким модулем упругости и высокой электропроводностью, батарея, в которой используется электрод из углеродного волокна, и способ изготовления. Патент США 5: 532,083

    Google ученый

  • 46.

    Carlin RT, Delong HC, Fuller J, Trulove PC (1994) Двойные интеркалирующие батареи с расплавленным электролитом. J Electrochem Soc 141 (7): L73 – L76

    CAS Статья Google ученый

  • 47.

    Carlin RT, Fuller J, Kuhn WK, Lysaght MJ, Trulove PC (1996) Электрохимия расплавленных солей хлоралюмината при комнатной температуре на графитовых и неграфитовых электродах. J Appl Electrochem 26 (11): 1147–1160

    CAS Статья Google ученый

  • 48.

    Dahn JR, Seel JA (2000) Прогнозы энергии и емкости для практических элементов с двойным графитом. J Electrochem Soc 147 (3): 899–901

    CAS Статья Google ученый

  • 49.

    Seel JA, Dahn JR (2000) Электрохимическое внедрение PF 6 в графит. J Electrochem Soc 147 (3): 892–898

    CAS Статья Google ученый

  • 50.

    Placke T, Bieker P, Lux SF, Fromm O, Meyer HW, Passerini S, Winter M (2012) Двойные ионные элементы, основанные на внедрении анионов в графит из электролитов на основе ионной жидкости. Z Phys Chem 226: 391–407

    CAS Статья Google ученый

  • 51.

    Placke T, Fromm O, Lux SF, Bieker P, Rothermel S, Meyer HW, Passerini S, Winter M (2012) Обратимая интеркаляция анионов бис (трифторметансульфонил) имида из ионного жидкого электролита в графит для высокоэффективных двухионных ячеек . J Electrochem Soc 159 (11): A1755 – A1765

    CAS Статья Google ученый

  • 52.

    Rothermel S, Meister P, Schmuelling G, Fromm O, Meyer HW, Nowak S, Winter M, Placke T. (2014) Ячейки с двойным графитом на основе обратимого интеркалирования анионов бис (трифторметансульфонил) имида из ионно-жидкий электролит.Energy Environ Sci 7 (10): 3412–3423

    CAS Статья Google ученый

  • 53.

    Рид Дж.А., Кресче А.В., Эрвин М.Х., Сюй К. (2014) Химия двойного графита, обеспечиваемая высоковольтным электролитом. Energy Environ Sci 7 (2): 617–620

    CAS Статья Google ученый

  • 54.

    Zhang X, Tang Y, Zhang F, Lee C-S (2016) Новая двухионная батарея из алюминия и графита. Adv Energy Mater 6 (11): 1502588–1502593

    Артикул CAS Google ученый

  • 55.

    Tong X, Zhang F, Ji B, Sheng M, Tang Y (2016) Пористый анод из алюминиевой фольги с углеродным покрытием для высокоскоростной, долговременной циклической устойчивости и двухионных батарей с высокой плотностью энергии. Adv Mater 28 (45): 9979–9985

    CAS Статья Google ученый

  • 56.

    Miyoshi S, Nagano H, Fukuda T, Kurihara T, Watanabe M, Ida S, Ishihara T (2016) Двухуглеродный аккумулятор с высокой концентрацией LiPF 6 в диметилкарбонатном (DMC) электролите.J Electrochem Soc 163 (7): A1206 – A1213

    CAS Статья Google ученый

  • 57.

    Meister P, Siozios V, Reiter J, Klamor S, Rothermel S, Fromm O, Meyer HW, Winter M, Placke T. (2014) Двойные ионные ячейки, основанные на электрохимической интеркаляции асимметричного фторсульфонил- (трифторметансульфонил) ) имидные анионы в графит. Electrochim Acta 130 (0): 625–633

  • 58.

    Onagi N, Hibino E, Okada S, Ishihara T (2014) Батарея с неводным электролитом.US20140186696 A1

  • 59.

    Winter M, Besenhard JO (1999) Wiederaufladbare Batterien. Часть 2: Akkumulatoren mit nichtwäßriger Elektrolytlösung. Chem Unserer Zeit 33 (6): 320–332

    CAS Статья Google ученый

  • 60.

    Пелед Э. (1979) Электрохимическое поведение щелочных и щелочно-земельных металлов в неводных аккумуляторных системах - межфазная модель твердого электролита. J Electrochem Soc 126 (12): 2047–2051

    CAS Статья Google ученый

  • 61.

    Besenhard JO, Winter M, Yang J, Biberacher W (1995) Механизм пленки литий-углеродных анодов в органических и неорганических электролитах. J Power Sources 54 (2): 228–231

    CAS Статья Google ученый

  • 62.

    Пелед Э., Голодницкий Д., Ардел Г. (1997) Усовершенствованная модель межфазных электродов из твердого электролита в жидких и полимерных электролитах. J Electrochem Soc 144 (8): L208 – L210

    CAS Статья Google ученый

  • 63.

    Winter M, Appel WK, Evers B, Hodal T, Moller KC, Schneider I, Wachtler M, Wagner MR, Wrodnigg GH, Besenhard JO (2001) Исследования на границе раздела анод / электролит в литий-ионных батареях. Chem Mon 132 (4): 473–486

    CAS Статья Google ученый

  • 64.

    Edström K, Herstedt M, Abraham DP (2006) Новый взгляд на межфазную поверхность твердого электролита на графитовых анодах в литий-ионных батареях. J Power Sources 153 (2): 380–384

    Статья CAS Google ученый

  • 65.

    Winter M (2009) Межфазный твердый электролит - наиболее важный и наименее изученный твердый электролит в литиевых аккумуляторных батареях. Z Phys Chem 223 (10–11): 1395–1406

    CAS Статья Google ученый

  • 66.

    Verma P, Maire P, Novak P (2010) Обзор характеристик и анализ межфазной границы твердого электролита в литий-ионных батареях. Electrochim Acta 55 (22): 6332–6341

    CAS Статья Google ученый

  • 67.

    An SJ, Li J, Daniel C, Mohanty D, Nagpure S, Wood III DL (2016) Состояние понимания межфазной границы твердого электролита (SEI) литий-ионных аккумуляторов и графита и ее связи с цикличностью пласта. Углерод 105: 52–76

    CAS Статья Google ученый

  • 68.

    Schranzhofer H, Bugajski J, Santner H, Korepp C, Möller K-C, Besenhard J, Winter M, Sitte W. (2006) Исследование методом электрохимической импедансной спектроскопии образования SEI на графитовых и металлических электродах.J Power Sources 153 (2): 391–395

    CAS Статья Google ученый

  • 69.

    Root MJ (2013) Батареи для медицинских устройств. В: Бродд Р.Дж. (ред.) Батареи для устойчивого развития - избранные статьи из Энциклопедии науки и технологий в области устойчивого развития. Springer, New York,

  • 70.

    Eichinger G, Semrau G (1990) Lithiumbatterien I. Chemische Grundlagen. Chem Unserer Zeit 24 (1): 32–36

    CAS Статья Google ученый

  • 71.

    Eichinger G, Semrau G (1990) Lithiumbatterien II. Entladereaktionen und komplette Zellen. Chem Unserer Zeit 24 (2): 90–96

    CAS Статья Google ученый

  • 72.

    Brandt K (1994) Историческое развитие вторичных литиевых батарей. Ионика твердого тела 69 (3-4): 173–183

    CAS Статья Google ученый

  • 73.

    Watanabe K, Fukuda M (1970) Первичный элемент для электрических батарей.Патент США № 3: 536,532

    . Google ученый

  • 74.

    Schneider AA, Moser JR (1972) Таким образом, первичные элементы и йодсодержащие катоды. Патент США 3: 674,562

    Google ученый

  • 75.

    Julien C, Mauger A, Vijh A, Zaghib K (2016) Литиевые батареи. Наука и технологии, Springer International Publishing, Швейцария

  • 76.

    Reddy TB (2010) Справочник Линдена по аккумуляторам, 4-е издание.McGraw-Hill Education, Нью-Йорк

  • 77.

    Whittingham MS (1976) Накопление электрической энергии и химия интеркаляции. Наука 192 (4244): 1126–1127

    CAS Статья Google ученый

  • 78.

    Whittingham MS (1978) Химия интеркаляционных соединений - металлических гостей в халькогенидных хозяевах. Prog Solid State Chem 12 (1): 41–99

    CAS Статья Google ученый

  • 79.

    Whittingham MS (2004) Литиевые батареи и катодные материалы. Chem Rev 104 (10): 4271–4301

    CAS Статья Google ученый

  • 80.

    Перейра Н., Аматуччи Г.Г., Уиттингем М.С., Хэмлен Р. (2015) Характеристики перезаряжаемых элементов на основе дисульфида лития и титана после 35 лет хранения. J Power Sources 280: 18–22

    CAS Статья Google ученый

  • 81.

    Фушар Д., Тейлор Дж. Б. (1987) Перезаряжаемая литиевая система Molicel - аспекты, связанные с несколькими ячейками.J Power Sources 21 (3–4): 195–205

    CAS Статья Google ученый

  • 82.

    Brandt K, Laman FC (1989) Воспроизводимость и надежность перезаряжаемых литий-молибден-дисульфидных батарей. J Power Sources 25 (4): 265–276

    CAS Статья Google ученый

  • 83.

    Робиллард С. (2005) Proc Общее собрание энергетического общества IEEE. Сан-Франциско, Калифорния, 12–16 июня: 1223–1227

    Google ученый

  • 84.

    Dan P, Mengeritsky E, Aurbach D, Weissman I, Zinigrad E (1997) Подробнее о новой технологии перезаряжаемых аккумуляторов LiMnO 2 , разработанной в Tadiran. J Power Sources 68 (2): 443–447

    CAS Статья Google ученый

  • 85.

    Mengeritsky E, Dan P, Weissman I, Zaban A, Aurbach D (1996) Безопасность и характеристики аккумуляторных батарей Tadiran TLR-7103. J Electrochem Soc 143 (7): 2110–2116

    CAS Статья Google ученый

  • 86.

    Фушар Д., Лехнер Л. (1993) Анализ безопасности и надежности вторичных литиевых батарей. Electrochim Acta 38 (9): 1193–1198

    CAS Статья Google ученый

  • 87.

    Winter M, Besenhard JO, Spahr ME, Novak P (1998) Материалы вставных электродов для перезаряжаемых литиевых батарей. Adv Mater 10 (10): 725–763

    CAS Статья Google ученый

  • 88.

    Heine J, Hilbig P, Qi X, Niehoff P, Winter M, Bieker P (2015) Фторэтиленкарбонат в качестве добавки к электролиту в электролитах на основе диметилового эфира тетраэтиленгликоля для применения в литий-ионных и литий-металлических батареях. J Electrochem Soc 162 (6): A1094 – A1101

    CAS Статья Google ученый

  • 89.

    Lazzari M, Scrosati B (1980) Циклическая ячейка с литиево-органическим электролитом на основе 2-х вставочных электродов. J Electrochem Soc 127 (3): 773–774

    CAS Статья Google ученый

  • 90.

    Scrosati B (1992) Литиевые батареи для кресел-качалок - старая концепция. J Electrochem Soc 139 (10): 2776–2781

    CAS Статья Google ученый

  • 91.

    Мидзусима К., Джонс П.С., Вайзман П.Дж., Гуденаф Дж. Б. (1980) Li x CoO 2 - новый катодный материал для батарей с высокой плотностью энергии. Mater Res Bull 15 (6): 783–789

    CAS Статья Google ученый

  • 92.

    Winter M, Besenhard JO (1999) Литированный уголь. В: Besenhard JO (ed) Handbook of Battery Materials. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, pp 383–418

  • 93.

    Winter M, Möller K-C, Besenhard JO (2003) Углеродистые и графитовые аноды. В: Nazri G-A, Pistoia G (eds) Литиевые батареи: наука и технологии. Springer US, Boston, pp. 145–194

    Глава Google ученый

  • 94.

    Juza R, Wehle V (1965) Lithium-Graphit-Einlagerungsverbindungen.Naturwissenschaften 52 (20): 560

    CAS Статья Google ученый

  • 95.

    Багуин М., Герард Д., Герольд А. (1966) Экшн испарения лития на графите. Comptes Rendus Hebdomadaires Des Seances De L Academie Des Sciences Serie C 262 (7): 557

    CAS Google ученый

  • 96.

    Герард Д., Герольд А. (1972) Новый метод получения соединений лития с введением в графит.Comptes Rendus Hebdomadaires Des Seances De L Academie Des Sciences Serie C 275 (11): 571

    CAS Google ученый

  • 97.

    Герард Д., Герольд А. (1975) Интеркаляция лития в графит и другие углеродные атомы. Углерод 13 (4): 337–345

    CAS Статья Google ученый

  • 98.

    Дей А.Н., Салливан Б.П. (1970) Электрохимическое разложение пропиленкарбоната на графите.J Electrochem Soc 117 (2): 222

    CAS Статья Google ученый

  • 99.

    Аракава М., Ямаки Д.И. (1987) Катодное разложение пропиленкарбоната в литиевых батареях. J Electroanal Chem 219 (1-2): 273-280

    CAS Статья Google ученый

  • 100.

    Фонг Р., фон Сакен Ю., Дан Дж. Р. (1990) Исследования интеркаляции лития в углерод с использованием неводных электрохимических ячеек.J Electrochem Soc 137 (7): 2009–2013

    CAS Статья Google ученый

  • 101.

    Besenhard JO (1976) Электрохимическое получение и свойства ионных соединений щелочного металла и NR 4 -графита интеркаляции в органических электролитах. Углерод 14 (2): 111–115

    CAS Статья Google ученый

  • 102.

    Gallus DR, Wagner R, Wiemers-Meyer S, Winter M, Cekic-Laskovic I (2015) Новое понимание взаимосвязи структуры и свойств компонентов высоковольтного электролита для литий-ионных батарей с использованием значения pKa .Electrochim Acta 184: 410–416

    CAS Статья Google ученый

  • 103.

    Wagner R, Streipert B, Kraft V, Reyes Jiménez A, Röser S, Kasnatscheew J, Gallus DR, Börner M, Mayer C, Arlinghaus HF (2016) Противопонимающая роль солей магния как эффективных добавок к электролиту для высоких напряжение литий-ионных аккумуляторов. Интерфейсы Adv Mater 3 (15)

  • 104.

    Wagner R, Korth M, Streipert B, Kasnatscheew J, Gallus DR, Brox S, Amereller M, Cekic-Laskovic I, Winter M (2016) Влияние отдельных продуктов гидролиза LiPF6 о стабильности высокого напряжения литий-ионных аккумуляторных элементов.Интерфейсы ACS Appl Mater 8 (45): 30871–30878

    CAS Статья Google ученый

  • 105.

    Язами Р., Тузейн П. (1983) Обратимый графит-литиевый отрицательный электрод для электрохимических генераторов. J Power Sources 9 (3): 365–371

    CAS Статья Google ученый

  • 106.

    Basu S (1981) Аккумулятор. Bell Telephone Laboratories, Патент США 4: 304,825

    Google ученый

  • 107.

    Murmann P, Streipert B, Kloepsch R, Ignatiev N, Sartori P, Winter M, Cekic-Laskovic I (2015) Литий-цикло-дифторметан-1,1-бис (сульфонил) имид в качестве стабилизирующей добавки к электролиту для повышения высокого напряжения применения в литий-ионных батареях. Phys Chem Chem Phys 17 (14): 9352–9358

    CAS Статья Google ученый

  • 108.

    Ozawa K (1994) Литий-ионные аккумуляторные батареи с LiCoO 2 и угольными электродами - система LiCoO 2 / C.Ионика твердого тела 69 (3–4): 212–221

    CAS Статья Google ученый

  • 109.

    Megahed S, Scrosati B (1994) Литий-ионные аккумуляторные батареи. Источники питания J 51 (1-2): 79-104

    CAS Статья Google ученый

  • 110.

    Bieker P, Winter M (2016) Lithium-Ionen-Technologie und was danach kommen könnte. Chem Unserer Zeit 50 (3): 172–186

    CAS Статья Google ученый

  • 111.

    Krämer E, Schedlbauer T, Hoffmann B, Terborg L, Nowak S, Gores HJ, Passerini S, Winter M (2013) Механизм анодного растворения алюминиевого токоприемника в 1 M LiTFSI EC: DEC 3: 7 в перезаряжаемых литиевых батареях . J Electrochem Soc 160 (2): A356 – A360

    Артикул CAS Google ученый

  • 112.

    Krämer E, Passerini S, Winter M (2012) Зависимость коррозии алюминиевого коллектора литий-ионных батарей от растворителя электролита.ECS Electrochem Lett 1 (5): C9 – C11

    Артикул CAS Google ученый

  • 113.

    Heckmann A, Krott M, Streipert B, Uhlenbruck S, Winter M, Placke T (2017) Подавление растворения алюминиевого токосъемника с помощью защитных керамических покрытий для улучшения характеристик высоковольтной батареи. ChemPhysChem 18 (1): 156–163

    CAS Статья Google ученый

  • 114.

    Böttcher T, Duda B, Kalinovich N, Kazakova O, Ponomarenko M, Vlasov K, Winter M, Röschenthaler GV (2014) Синтезы новых делокализованных катионов и фторированных анионов, новые фторированные растворители и добавки для литий-ионных батарей .Prog Solid State Chem 42 (4): 202–217

    Статья CAS Google ученый

  • 115.

    Schmitz RW, Murmann P, Schmitz R, Müller R, Krämer L, Kasnatscheew J, Isken P, Niehoff P, Nowak S, Röschenthaler GV (2014) Исследования новых электролитов, растворителей и присадок SEI для использования в литий-ионные батареи: систематическая электрохимическая характеристика и детальный анализ спектроскопическими методами. Prog Solid State Chem 42 (4): 65–84

    CAS Статья Google ученый

  • 116.

    Amereller M, Schedlbauer T, Moosbauer D, Schreiner C, Stock C, Wudy F, Zugmann S, Hammer H, Maurer A, Gschwind R (2014) Электролиты для литиевых и литий-ионных батарей: от синтеза новых боратов лития и ионных жидкостей разработке новых методов измерения. Prog Solid State Chem 42 (4): 39–56

    CAS Google ученый

  • 117.

    Ниши Ю. (2001) Разработка литий-ионных аккумуляторных батарей. Chem Rec 1 (5): 406–413

    CAS Статья Google ученый

  • 118.

    Broussely M, Archdale G (2004) Литий-ионные батареи и перспективы портативных источников питания на следующие 5–10 лет. J Power Sources 136 (2): 386–394

    CAS Статья Google ученый

  • 119.

    Pillot C (2017) Рынок аккумуляторов и основные тенденции 2016–2025 гг. Доклад на конференции Advanced Automotive Battery Conference (AABC) Europe, Mainz

  • 120.

    Whittingham MS (2014) Окончательные пределы реакций интеркаляции для литиевых аккумуляторов.Chem Rev 114 (23): 11414–11443

    CAS Статья Google ученый

  • 121.

    Shao YY, Ding F, Xiao J, Zhang J, Xu W, Park S, Zhang JG, Wang Y, Liu J (2013) Создание перезаряжаемых литий-воздушных батарей: материальные проблемы. Adv Funct Mater 23 (8): 987–1004

    CAS Статья Google ученый

  • 122.

    Чжан С.С. (2013) Литий-серная батарея с жидким электролитом: фундаментальная химия, проблемы и решения.J Power Sources 231: 153–162

    CAS Статья Google ученый

  • 123.

    Чен Л., Шоу Л.Л. (2014) Последние достижения в области литий-серных батарей. J Источники питания 267: 770–783

    CAS Статья Google ученый

  • 124.

    Grande L, Paillard E, Hassoun J, Park J-B, Lee Y-J, Sun Y-K, Passerini S, Scrosati B (2014) Литиево-воздушная батарея: все еще развивающаяся система или практическая реальность? Адв. Матер 27 (5): 784-800

  • 125.

    Ogasawara T, Débart A, Holzapfel M, Novák P, Bruce PG (2006) Аккумуляторный Li 2 O 2 электрод для литиевых батарей. J Am Chem Soc 128 (4): 1390–1393

    CAS Статья Google ученый

  • 126.

    Hagen M, Hanselmann D, Ahlbrecht K, Maça R, Gerber D, Tübke J (2015) Литий-серные элементы: разрыв между современным уровнем развития и требованиями к элементам высокоэнергетических батарей . Adv Energy Mater 5 (16): 1401986

    Артикул CAS Google ученый

  • 127.

    Blurton KF, Sammells AF (1979) Металлические / воздушные батареи: их состояние и потенциал - обзор. J Power Sources 4 (4): 263–279

    CAS Статья Google ученый

  • 128.

    Abraham KM, Jiang Z (1996) Кислородные батареи на основе твердого полимерного электролита. Патент США 5: 510,209

    . Google ученый

  • 129.

    Abraham KM, Jiang Z (1996) Перезаряжаемая литий-кислородная батарея на основе полимерного электролита.J Electrochem Soc 143 (1): 1–5

    CAS Статья Google ученый

  • 130.

    Choi JW, Aurbach D (2016) Перспективы и реальность постлитий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Материалы Nature Reviews 1: 16013

    CAS Статья Google ученый

  • 131.

    Данута Х., Юлиуш У. (1962) Сухие электрические элементы и аккумуляторные батареи. Патент США 3: 043,896

    . Google ученый

  • 132.

    Rao MLB (1966) Элементы с органическими электролитами. Патент США 3413154 A

  • 133.

    Rauh RD, Abraham KM, Pearson GF, Surprenant JK, Brummer SB (1979) Литиевая батарея / батарея растворенной серы с органическим электролитом. J Electrochem Soc 126 (4): 523–527

    CAS Статья Google ученый

  • 134.

    Джи Х, Ли К. Т., Назар Л. Ф. (2009) Высокоупорядоченный наноструктурированный углерод-серный катод для литий-серных батарей. Nat Mater 8 (6): 500–506

    CAS Статья Google ученый

  • 135.

    Aurbach D, Pollak E, Elazari R, Salitra G, Kelley CS, Affinito J (2009) О поверхностных химических аспектах перезаряжаемых литий-серных батарей с очень высокой плотностью энергии. J Electrochem Soc 156 (8): A694 – A702

    CAS Статья Google ученый

  • 136.

    Yin Y-X, Xin S, Guo Y-G, Wan L-J (2013) Литий-серные батареи: электрохимия, материалы и перспективы. Angew Chem Int Ed 52 (50): 13186–13200

    CAS Статья Google ученый

  • 137.

    SionPower http://www.sionpower.com (по состоянию на 20 января 2017 г.)

  • 138.

    Ябуучи Н., Кубота К., Дахби М., Комаба С. (2014) Разработка исследований натриево-ионных аккумуляторов. Chem Rev 114 (23): 11636–11682

    CAS Статья Google ученый

  • 139.

    Klein F, Jache B, Bhide A, Adelhelm P (2013) Реакции конверсии для натрий-ионных батарей. Phys Chem Chem Phys 15 (38): 15876–15887

    CAS Статья Google ученый

  • 140.

    Эллис Б.Л., Назар Л.Ф. (2012) Натриевые и натриево-ионные аккумуляторные батареи. Curr Opin Solid State Mat Sci 16 (4): 168–177

    CAS Статья Google ученый

  • 141.

    Bachman JC, Muy S, Grimaud A, Chang HH, Pour N, Lux SF, Paschos O, Maglia F, Lupart S, Lamp P, Giordano L, Shao-Horn Y (2016) Неорганическое твердое тело электролиты для литиевых батарей: механизмы и свойства ионной проводимости. Chem Rev 116 (1): 140–162

    CAS Статья Google ученый

  • 142.

    Hu Y-S (2016) Батареи: становятся твердыми. Nature Energy 1: 16042

    CAS Статья Google ученый

  • 143.

    Weber AZ, Mench MM, Meyers JP, Ross PN, Gostick JT, Liu QH (2011) Проточные окислительно-восстановительные батареи: обзор. J Appl Electrochem 41 (10): 1137–1164

    CAS Статья Google ученый

  • 144.

    Aurbach D, Weissman I, Gofer Y, Levi E (2003) Электрохимия неводного магния и ее применение во вторичных батареях.Chem Rec 3 (1): 61–73

    CAS Статья Google ученый

  • 145.

    Saha P, Datta MK, Velikokhatnyi OI, Manivannan A, Alman D, Kumta PN (2014) Перезаряжаемые магниевые батареи: текущее состояние и ключевые задачи на будущее. Prog Mater Sci 66 (0): 1–86

  • 146.

    Jian Z, Luo W, Ji X (2015) Угольные электроды для K-ионных аккумуляторов. J Am Chem Soc 137: 11566–11569

  • 147.

    Vaalma C, Giffin GA, Buchholz D, Passerini S (2016) Неводная K-ионная батарея на основе слоистой K 0.3 MnO 2 и твердый углерод / технический углерод. J Electrochem Soc 163 (7): A1295 – A1299

    CAS Статья Google ученый

  • 148.

    Ponrouch A, Frontera C, Barde F, Palacin MR (2016) На пути к перезаряжаемой батарее на основе кальция. Nat Mater 15 (2): 169

    CAS Статья Google ученый

  • 149.

    Reinsberg P, Bondue CJ, Baltruschat H (2016) Кальций-кислородные батареи как перспективная альтернатива натриево-кислородным батареям.J Phys Chem C 120 (39): 22179–22185

    CAS. Статья Google ученый

  • 150.

    Wachtler M, Wagner MR, Schmied M, Winter M, Besenhard JO (2001) Влияние морфологии связующего на циклическую стабильность композитных электродов из сплава Li. J Electroanal Chem 510 (1): 12–19

    CAS Статья Google ученый

  • 151.

    Lux S, Schappacher F, Balducci A, Passerini S, Winter M (2010) Недорогие, экологически безопасные связующие для литий-ионных батарей.J Electrochem Soc 157 (3): A320 – A325

    CAS Статья Google ученый

  • 152.

    Qi X, Blizanac B, DuPasquier A, Oljaca M, Li J, Winter M (2013) Понимание влияния площади поверхности проводящих углеродных добавок на быстродействие катодов LiFePO 4 для литий-ионных батарей. Углерод 64: 334–340

    CAS Статья Google ученый

  • 153.

    Qi X, Blizanac B, DuPasquier A, Meister P, Placke T, Oljaca M, Li J, Winter M (2014) Исследование внедрения анионов PF 6 и TFSI в графитированную сажу и его влияние на высоковольтных литий-ионных батареях. Phys Chem Chem Phys 16 (46): 25306–25313

    CAS Статья Google ученый

  • 154.

    Qi X, Blizanac B, DuPasquier A, Lal A, Niehoff P, Placke T, Oljaca M, Li J, Winter M (2015) Влияние термообработанной проводящей добавки сажи на характеристики высоковольтной шпинели LiNi, легированный хромом 0.5 Mn 1,5 O 4 Композитный катодный электрод. J Electrochem Soc 162 (3): A339 – A343

    CAS Статья Google ученый

  • 155.

    Bockholt H, Haselrieder W, Kwade A (2013) Интенсивное сухое и влажное перемешивание, влияющее на структурные и электрохимические свойства вторичных катодов литий-ионных батарей. ECS Trans 50 (26): 25–35

    Артикул CAS Google ученый

  • 156.

    Bockholt H, Haselrieder W, Kwade A (2016) Интенсивное порошковое перемешивание для сухого диспергирования сажи и его актуальность для катодов литий-ионных аккумуляторов. Порошок Technol 297: 266–274

    CAS Статья Google ученый

  • 157.

    Bauer W, Nötzel D, Wenzel V, Nirschl H (2015) Влияние сухого перемешивания и распределения проводящих добавок в катодах для литий-ионных батарей. J Источники питания 288: 359–367

    CAS Статья Google ученый

  • 158.

    Mazouzi D, Karkar Z, Hernandez CR, Manero PJ, Guyomard D, Roue L, Lestriez B (2015) Важнейшие роли связующих и рецептуры в многомасштабных композитных электродах на основе кремния. J Power Sources 280: 533–549

    CAS Статья Google ученый

  • 159.

    Porcher W, Lestriez B, Jouanneau S, Guyomard D (2010) Оптимизация поверхностно-активного вещества для водной обработки композитных электродов LiFePO 4 . J Power Sources 195 (9): 2835–2843

    CAS Статья Google ученый

  • 160.

    Du Z, Wood III DL, Daniel C, Kalnaus S, Li J (2017) Понимание ограничивающих факторов в характеристиках толстых электродов применительно к литий-ионным батареям с высокой плотностью энергии. J Appl Electrochem 47 (3): 405–415

  • 161.

    Bitsch B, Gallasch T, Schroeder M, Börner M, Winter M, Willenbacher N (2016) Капиллярные суспензии как полезная концепция рецептуры литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии аккумуляторные электроды. J Power Sources 328: 114–123

    CAS Статья Google ученый

  • 162.

    Новак П., Шайфеле В., Винтер М., Хаас О. (1997) Графитовые электроды с заданной пористостью для аккумуляторных батарей с ионным переносом. J Power Sources 68 (2): 267–270

    Статья Google ученый

  • 163.

    Хазелридер В., Иванов С., Кристен Д. К., Бокхольт Х., Кваде А. (2013) Влияние процесса каландрирования на межфазную структуру и соответствующие электрохимические характеристики вторичных литий-ионных аккумуляторов. ECS Trans 50 (26): 59–70

    Артикул CAS Google ученый

  • 164.

    Antartis D, Dillon S, Chasiotis I (2015) Влияние пористости на электрохимические и механические свойства композитных литий-ионных анодов. J Compos Mater 49 (15): 1849–1862

  • 165.

    Zhang W-J (2011) Механизм ввода / извлечения лития в сплавные аноды для литий-ионных батарей. J Power Sources 196 (3): 877–885

    CAS Статья Google ученый

  • 166.

    Чжао Х., Юань В., Лю Дж. (2015) Иерархическая конструкция электродов из наноматериалов из сплавов большой емкости для литий-ионных аккумуляторов.Нано сегодня 10 (2): 193–212

    CAS Статья Google ученый

  • 167.

    Hochgatterer N, Schweiger M, Koller S, Raimann P, Wöhrle T., Wurm C, Winter M (2008) Кремний / графитовые композитные электроды для анодов большой емкости: влияние химического состава связующего на стабильность циклирования. Electrochem Solid-State Lett 11 (5): A76 – A80

    CAS Статья Google ученый

  • 168.

    Vogl U, Das P, Weber A, Winter M, Kostecki R, Lux S (2014) Механизм взаимодействия между связующим CMC и гранями монокристалла Si. Langmuir 30 (34): 10299–10307

    CAS Статья Google ученый

  • 169.

    Nelson P, Gallagher K, Bloom I BatPaC (производительность и стоимость батареи), Национальная лаборатория Аргонна, http://www.cse.anl.gov/BatPaC/ (по состоянию на 10 января 2017 г.)

  • 170.

    Warner J (2015) Справочник по конструкции литий-ионных аккумуляторных батарей - химия, компоненты, типы и терминология.Elsevier Science, Burlington

  • 171.

    3M http://multimedia.3m.com/mws/media/756169O/3mtm-battery-materials.pdf (по состоянию на 20 марта 2017 г.)

  • 172.

    Korthauer R ( 2013) Handbuch Lithium-Ionen-Batterien. Springer Vieweg, Wiesbaden

  • 173.

    Kasavajjula U, Wang C, Appleby AJ (2007) Вставные аноды на основе нано- и объемного кремния для литий-ионных вторичных элементов. J Power Sources 163 (2): 1003–1039

    CAS Статья Google ученый

  • 174.

    Обровац М.Н., Шевриер В.Л. (2014) Отрицательные электроды из сплава для литий-ионных аккумуляторов. Chem Rev 114 (23): 11444–11502

    CAS Статья Google ученый

  • 175.

    Zhang W-J (2011) Обзор электрохимических характеристик легированных анодов для литий-ионных батарей. J Power Sources 196 (1): 13–24

    CAS Статья Google ученый

  • 176.

    Qiu B, Zhang M, Xia Y, Liu Z, Meng YS (2017) Понимание и контроль анионной электрохимической активности в оксидах большой емкости для литий-ионных аккумуляторов следующего поколения.Chem Mater 29 (3): 908–915

    CAS Статья Google ученый

  • 177.

    Noh HJ, Youn S, Yoon CS, Sun YK (2013) Сравнение структурных и электрохимических свойств слоистого Li [Ni x Co y Mn z ] O 2 ( x = 1/3, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8 и 0,85) катодный материал для литий-ионных аккумуляторов. J Источники питания 233: 121–130

    CAS Статья Google ученый

  • 178.

    Li J, Kloepsch R, Stan MC, Nowak S, Kunze M, Winter M, Passerini S (2011) Синтез и электрохимические характеристики материала катода высокого напряжения Li [Li 0,2 Mn 0,56 Ni 0,16 Co 0,08 ] O 2 с улучшенной возможностью скорости. J Power Sources 196 (10): 4821–4825

    CAS Статья Google ученый

  • 179.

    Xia Q, Zhao X, Xu M, Ding Z, Liu J, Chen L, Ivey DG, Wei W. (2015) Богатый литием слоистый @ Spinel @ Углеродный гетероструктурированный катодный материал для высокой емкости и высокой производительности литий-ионные батареи, изготовленные методом синхронного восстановления карбонизации на месте.J Mater Chem A 3 (7): 3995–4003

    CAS Статья Google ученый

  • 180.

    Лю Х, Ван Дж., Чжан Х, Чжоу Д., Ци Х, Цю Б., Фанг Дж., Клопш Р., Шумахер Г., Лю З., Ли Дж. (2016) Морфологическая эволюция высоковольтной шпинели LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 Катодные материалы для литий-ионных батарей: критические эффекты ориентации поверхности и размера частиц. Интерфейсы ACS Appl Mater 8 (7): 4661–4675

  • 181.

    Liu N, Lu Z, Zhao J, McDowell MT, Lee H-W, Zhao W, Cui Y (2014) Наноразмерный дизайн, вдохновленный гранатом, для анодов литиевых батарей с большим объемом замены. Nat Nano 9 (3): 187–192

    CAS Статья Google ученый

  • 182.

    Винтер М., Безенхард Дж., Альберинг Дж. Х., Ян Дж., Вахтлер М. (1998) Литиевые сплавы для хранения в качестве анодных материалов для литий-ионных батарей. Prog Batt Batt Mater 17: 208

    CAS Google ученый

  • 183.

    Безенхард Дж., Ян Дж., Винтер М. (1997) Будут ли усовершенствованные аноды из литиевых сплавов использоваться в литий-ионных батареях? J Power Sources 68 (1): 87–90

    CAS Статья Google ученый

  • 184.

    Qian J, Adams BD, Zheng J, Xu W, Henderson WA, Wang J, Bowden ME, Xu S, Hu J, Zhang J-G (2016) Безанодные перезаряжаемые литий-металлические батареи. Adv Funct Mater 26 (39): 7094–7102

    CAS Статья Google ученый

  • 185.

    Brückner J, Thieme S, Grossmann HT, Dörfler S, Althues H, Kaskel S (2014) Литий-серные батареи: влияние скорости заряда, количества электролита и нагрузки серы на рабочие характеристики цикла. J Источники энергии 268: 82–87

    Статья CAS Google ученый

  • 186.

    Greszler T, Gu W, Goebel S, Masten D, Lakshmanan B (2012) Литий-воздух и литий-сера в контексте автомобильных систем. Выступление на конференции Beyond Lithium Ion 5, Беркли, Калифорния,

  • 187.

    Арманд М. (1994) История полимерных электролитов. Ионика твердого тела 69 (3): 309–319

    CAS Статья Google ученый

  • 188.

    Greatbatch W, Holmes CF (1992) Литиево-йодная батарея: историческая перспектива. Стимуляция Clin Electrophysiol 15 (11): 2034–2036

    CAS Статья Google ученый

  • 189.

    Vetter J, Novak P, Wagner MR, Veit C, Möller KC, Besenhard JO, Winter M, Wohlfahrt-Mehrens M, Vogler C, Hammouche A (2005) Механизмы старения в литий-ионных батареях.J Источники питания 147 (1-2): 269–281

    CAS Статья Google ученый

  • 190.

    Seino Y, Ota T, Takada K, Hayashi A, Tatsumisago M (2014) Сульфидно-литиевый суперионный проводник превосходит жидкостно-ионные проводники для использования в аккумуляторных батареях. Energy Environ Sci 7 (2): 627–631

    CAS Статья Google ученый

  • 191.

    Manthiram A, Yu X, Wang S (2017) Химический состав литиевых батарей обеспечивается твердотельными электролитами.Nat Rev Mater 2: 16103

    CAS Статья Google ученый

  • 192.

    Pieczonka NPW, Liu Z, Lu P, Olson KL, Moote J, Powell BR, Kim JH (2013) Понимание поведения растворения переходных металлов в LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 high- шпинель напряжения для литий-ионных аккумуляторов. J Phys Chem C 117 (31): 15947–15957

    CAS Статья Google ученый

  • 193.

    Gallus DR, Schmitz R, Wagner R, Hoffmann B, Nowak S, Cekic-Laskovic I, Schmitz RW, Winter M (2014) Влияние различных проводящих солей на растворение металлов и снижение емкости катодного материала NCM. Electrochim Acta 134: 393–398

    CAS Статья Google ученый

  • 194.

    Бёрнер М., Кламор С., Хоффманн Б., Шредер М., Новак С., Вюрсиг А., Винтер М., Шаппахер Ф. (2016) Исследования зависимости скорости углерода и температуры растворения / осаждения марганца в LiMn 2 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 литий-ионные батареи.J Electrochem Soc 163 (6): A831 – A837

    Артикул CAS Google ученый

  • 195.

    Evertz M, Horsthemke F, Kasnatscheew J, Börner M, Winter M, Nowak S (2016) Распознавание растворения Li в переходном металле 1,04 Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1 / 3 O 2 (NCM 111) в литиево-ионных полных ячейках с использованием метода рентгеновской флуоресценции полного отражения. J Power Sources 329: 364–371

    CAS Статья Google ученый

  • 196.

    Jia H, Kloepsch R, He X, Evertz M, Nowak S, Li J, Winter M, Placke T (2016) Наноструктурированный ZnFe 2 O 4 в качестве анодного материала для литий-ионных батарей: синтез с использованием ионной жидкости и оценка производительности с особым вниманием к сравнительному растворению металлов. Acta Chim Slov 63 (3): 470–483

    CAS Статья Google ученый

  • 197.

    Xu W, Wang J, Ding F, Chen X, Nasybulin E, Zhang Y, Zhang J-G (2014) Литий-металлические аноды для аккумуляторных батарей.Energy Environ Sci 7 (2): 513–537

    CAS Статья Google ученый

  • 198.

    Kato Y, Kawamoto K, Kanno R, Hirayama M (2012) Разрядные характеристики твердотельной батареи с использованием литиевого суперионного проводника Li 10 GeP 2 S 12 . Электрохимия 80 (10): 749–751

    CAS Статья Google ученый

  • 199.

    Gambe Y, Sun Y, Honma I (2015) Разработка биполярной твердотельной литиевой батареи на основе квазитвердотельного электролита, содержащего эквимолярный комплекс тетраглим-LiTFSA.Sci Rep 5: 8869–8872

  • 200.

    Kloepsch R, Placke T, Winter M (2017) Festelektrolytbatterien: Sinn, Unsinn, Realitätssinn. Proceedings, Batterieforum Deutschland, 25–27 января, Берлин, Германия

  • 201.

    Armand M (1983) Полимерные твердые электролиты - обзор. Ионика твердого тела 9: 745–754

    Статья Google ученый

  • 202.

    Арманд М.Б. (1986) Полимерные электролиты. Annu Rev Mater Sci 16 (1): 245–261

    CAS Статья Google ученый

  • 203.

    Baril D, Michot C, Armand M (1997) Электрохимия жидкостей и твердых тел: полимерные электролиты. Ионика твердого тела 94 (1): 35–47

    CAS Статья Google ученый

  • 204.

    Мурата К., Изути С., Йошихиса Ю. (2000) Обзор исследований и разработок батарей с твердым полимерным электролитом. Electrochim Acta 45 (8–9): 1501–1508

    CAS Статья Google ученый

  • 205.

    Рупп Б., Шмук М., Бальдуччи А., Винтер М., Керн В. (2008) Полимерный электролит для литиевых батарей на основе фотохимически сшитого полиэтиленоксида и ионной жидкости. Eur Polym J 44 (9): 2986–2990

    CAS Статья Google ученый

  • 206.

    Isken P, Winter M, Passerini S, Lex-Balducci A (2013) Гелевый полимерный электролит на основе метакрилата для литий-ионных батарей. J Power Sources 225: 157–162

    CAS Статья Google ученый

  • 207.

    Шредер М., Искен П., Винтер М., Пассерини С., Лекс-Балдуччи А., Балдуччи А. (2013) Исследование использования гелевого полимерного электролита на основе метакрилата в устройствах большой мощности. J Electrochem Soc 160 (10): A1753 – A1758

    CAS Статья Google ученый

  • 208.

    Jankowsky S, Hiller MM, Fromm O, Winter M, Wiemhoefer H-D (2015) Улучшенный литий-ионный транспорт в гелевых полимерных электролитах на основе полифосфазена. Electrochim Acta 155: 364–371

    CAS Статья Google ученый

  • 209.

    Bruce PG, West AR (1983) A-C проводимость поликристаллического LISICON, Li 2 + 2x Zn 1-x GeO 4, и модель сопротивления межкристаллитному сужению. J Electrochem Soc 130 (3): 662–669

    CAS Статья Google ученый

  • 210.

    Aono H, Sugimoto E, Sadaoka Y, Imanaka N, Adachi G (1990) Ионная проводимость твердых электролитов на основе фосфата лития-титана. J Electrochem Soc 137 (4): 1023–1027

    CAS Статья Google ученый

  • 211.

    Inaguma Y, Chen LQ, Itoh M, Nakamura T., Uchida T., Ikuta H, Wakihara M (1993) Высокая ионная проводимость в титанате лантана лития. Solid State Commun 86 (10): 689–693

    CAS Статья Google ученый

  • 212.

    Муруган Р., Тангадурай В., Веппнер В. (2007) Проводимость быстрых ионов лития в гранатах типа Li 7 La 3 Zr 2 O 12 . Angew Chem, Int Ed 46 (41): 7778–7781

    CAS Статья Google ученый

  • 213.

    Yu XH, Bates JB, Jellison GE, Hart FX (1997) Стабильный тонкопленочный литиевый электролит: оксинитрид лития-фосфора. J Electrochem Soc 144 (2): 524–532

    CAS Статья Google ученый

  • 214.

    Ван И, Ричардс В. Д., Онг С. П., Миара Л. Дж., Ким Дж. К., Мо Ю. Ф., Седер Г. (2015) Принципы проектирования твердотельных литиевых суперионных проводников. Nat Mater 14 (10): 1026

    CAS Статья Google ученый

  • 215.

    Сакуда А., Хаяси А., Тацумисаго М. (2013) Твердый сульфидный электролит с благоприятными механическими свойствами для полностью твердотельной литиевой батареи. Sci Rep 3: 2261

  • 216.

    Muramatsu H, Hayashi A, Ohtomo T, Hama S, Tatsumisago M (2011) Структурные изменения Li 2 S – P 2 S 5 сульфидные твердые электролиты в Атмосфера. Ионика твердого тела 182 (1): 116–119

    CAS Статья Google ученый

  • 217.

    Kamaya N, Homma K, Yamakawa Y, Hirayama M, Kanno R, Yonemura M, Kamiyama T, Kato Y, Hama S, Kawamoto K, Mitsui A (2011) литиевый суперионный проводник. Nat Mater 10 (9): 682–686

    CAS Статья Google ученый

  • 218.

    Wenzel S, Randau S, Leichtweiss T, Weber DA, Sann J, Zeier WG, Janek J (2016) Прямое наблюдение межфазной нестабильности быстрого ионного проводника Li 10 GeP 2 S 12 на аноде из металлического лития.Chem Mater 28 (7): 2400–2407

    CAS Статья Google ученый

  • 219.

    Wenzel S, Weber DA, Leichtweiss T, Busche MR, Sann J, Janek J (2016) Межфазное образование и деградация кинетики переноса заряда между анодом из металлического лития и высококристаллическим твердым электролитом Li7P3S11. Ионика твердого тела 286: 24–33

    CAS Статья Google ученый

  • 220.

    Zhu YZ, He XF, Mo YF (2016) Изучение первых принципов электрохимической и химической стабильности границ раздела твердый электролит-электрод в полностью твердотельных литий-ионных батареях. J Mater Chem A 4 (9): 3253–3266

    CAS Статья Google ученый

  • 221.

    Металл http://metalary.com/lithium-price/. По состоянию на 8 марта 2017 г.

  • 222.

    Cekic-Laskovic I, Wagner R, Wiemers-Meyer S, Nowak S, Winter M (2016) Жидкие электролиты - просто товар и модель постепенного отказа? Proceedings, Graz Battery Days, 26–28 сентября, Грац, Австрия

  • 223.

    Бикер Г., Винтер М., Бикер П. (2015) Электрохимические исследования in situ SEI и образования дендритов на аноде из металлического лития. Phys Chem Chem Phys 17 (14): 8670–8679

    CAS Статья Google ученый

  • 224.

    Ryou MH, Lee YM, Lee Y, Winter M, Bieker P (2015) Обработка поверхности: механическая модификация поверхности металлического лития: в направлении улучшения характеристик анода из металлического лития за счет направленного литиевого покрытия. Adv Funct Mater 25 (6): 825–825

    Статья Google ученый

  • 225.

    Martha SK, Nanda J, Kim Y, Unocic RR, Pannala S, Dudney NJ (2013) Высоковольтный слоистый литий-обогащенный композитный катод с покрытием из твердого электролита: Li 1,2 Mn 0,525 Ni 0,175 Co 0,1 О 2 . J Mater Chem A 1 (18): 5587–5595

    CAS Статья Google ученый

  • 226.

    Li XF, Liu J, Banis MN, Lushington A, Li RY, Cai M, Sun XL (2014) Нанесение атомного слоя на катодные материалы с покрытием из твердого электролита с превосходными характеристиками высоковольтного цикла для иона лития аккумулятор приложение.Energy Environ Sci 7 (2): 768–778

    CAS Статья Google ученый

  • 227.

    Woodford WH, Carter WC, Chiang Y-M (2012) Критерии проектирования для электрохимических ударопрочных аккумуляторных электродов. Energy Environ Sci 5 (7): 8014–8024

    CAS Статья Google ученый

  • 4 совета по увеличению запаса хода аккумуляторов электромобилей этой зимой

    Аккумуляторы электромобилей (EV) заряжаются за счет перемещения ионов через жидкий электролит.По мере того, как температура на улице падает, электролит в литий-ионных батареях для электромобилей становится более густым, и ионам становится труднее проходить сквозь них (что очень похоже на ходьбу по снегу по сравнению с сухим тротуаром). Это увеличенное сопротивление приводит к меньшему радиусу действия батареи электромобиля, поскольку для движения каждого иона требуется больше энергии. К счастью, есть вещи, которые вы можете сделать, чтобы согреться и улучшить свой диапазон электромобилей. Ниже приведены четыре совета, как максимально эффективно использовать аккумулятор электромобиля этой зимой.

    Прогрейте аккумулятор / кабину, пока ваш автомобиль все еще подключен к розетке .Оставляя свой автомобиль включенным, вы используете электричество из сети для его подогрева, а не потребляете энергию из аккумулятора. После того, как вы отправитесь в путь, у аккумулятора останется больше заряда для вождения.

    Используйте аксессуары с подогревом вашего автомобиля. Обогреваемые аксессуары (рулевое колесо, сиденья и т. Д.) Потребляют меньше энергии, чем обогрев всей кабины. Кроме того, тепло на вашей спине и пальцах может минимизировать количество тепла в салоне, необходимое для того, чтобы вы и ваши пассажиры чувствовали себя комфортно.

    Практикуйтесь в экологическом вождении. Использование методов экологичного вождения может помочь получить максимальную отдачу от вашего запаса хода круглый год. Некоторые советы по эко-вождению включают в себя наблюдение за своей скоростью, минимизацию резких запусков и максимизацию рекуперативного торможения путем движения накатом, когда это возможно, и постепенного нажатия педали тормоза, когда это необходимо. Посетите FuelEconomy.gov, чтобы получить больше советов по экологичному вождению электромобилей.

    Не забудьте отряхнуть машину перед поездкой. Снег или лед на вашем автомобиле добавляют дополнительный вес, который ваша батарея должна тянуть за собой, и увеличивают аэродинамическое сопротивление за счет изменения профиля вашего автомобиля.Поскольку электромобили не выделяют отработанное тепло от двигателя, снег на вашем капоте останется на месте, если вы не смахнете его перед поездкой.

    Воспользуйтесь этими простыми советами, чтобы расширить свой ассортимент электромобилей этой зимой.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *