Плотность автомобильного аккумулятора: Перевірка браузера, будь ласка, зачекайте…

Устройство автомобильного аккумулятора

Содержание статьи

• 1 Общие сведения
• 2 Приведение АКБ в рабочее состояние
• 3 Заряд аккумуляторных батарей
• 4 Контрольно-тренировочный цикл

Общие сведения

Устройство аккумулятора

Автомобильный стартерный аккумулятор – это химический источник тока, действие которого основано на использовании обратимых электрохимических процессов. Простейший свинцовый аккумулятор состоит из положительного электрода, активным веществом которого является двуокись свинца (темно-коричневого цвета), и отрицательного электрода, активным веществом которого является губчатый свинец (серого цвета). Если оба электрода поместить в сосуд с электролитом (раствор серной кислоты в дистиллированной воде), то между электродами возникнет разность потенциалов.

При подключении к электродам нагрузки (потребителя) в цепи потечет электрический ток, и аккумулятор будет разряжаться. Во время разряда расходуется серная кислота из электролита и одновременно в электролит выделяется вода. Поэтому по мере разряда свинцового аккумулятора уменьшается концентрация серной кислоты, из-за чего плотность электролита понижается. При заряде происходят обратные химические реакции – в электролит выделяется серная кислота и расходуется вода. При этом плотность электролита по мере заряда возрастает. Поскольку при разрядах и зарядах изменяется плотность электролита, то по ее величине можно судить о степени заряженности аккумулятора, чем и пользуются на практике.

Основными электрическими характеристиками аккумулятора являются электродвижущая сила, напряжение и емкость.

Электродвижущей силой (э.д.с.) аккумулятора называется разность потенциалов между его электродами при разомкнутой внешней цепи. Величина э.д.с. исправного аккумулятора зависит от плотности электролита (степени его заряженности) и изменяется в пределах от 1,92 до 2,15 вольта.

Напряжением аккумулятора называется разность потенциалов между его выводами, измеренная под нагрузкой. За номинальное напряжение свинцового аккумулятора принимается величина, равная 2 вольта. Величина напряжения при разряде аккумулятора зависит от величины разрядного тока, продолжительности разряда и температуры электролита; она всегда меньше величины э.д.с. Разряжать аккумулятор ниже определенного предела, называемого конечным разрядным напряжением, недопустимо, так как это может привести к переполюсовке и разрушению активной массы электродов. Величина напряжения при заряде зависит главным образом от степени заряженности аккумулятора, температуры электролита и всегда больше величины э.д.с.

Емкостью аккумулятора называется количество электричества, отдаваемое полностью заряженным аккумулятором при его разряде до допустимого конечного разрядного напряжения. Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах и определяется как произведение величины разрядного тока (в амперах) на продолжительность разряда (в часах). Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы (количества и размера электродов), величины разрядного тока, плотности и температуры электролита, срока службы аккумулятора и является его важнейшей эксплуатационной характеристикой. При больших величинах разрядных токов, при низких температурах электролита, а также в конце срока службы емкость, отдаваемая аккумулятором, снижается. За номинальную емкость аккумулятора принимается емкость, которую должен отдавать аккумулятор при разряде током 20-часового или 10-часового разряда, т.е. при величине разрядного тока, численно равной соответственно 0,05 и 0,1 величины номинальной емкости.

Стартерная автомобильная аккумуляторная батарея состоит из 6 одинаковых аккумуляторов, соединенных последовательно. При таком соединении номинальное напряжение батареи равно сумме номинальных напряжений отдельных аккумуляторов, и составляет 12 вольт, а номинальная емкость батареи остается такой же, как и емкость одного аккумулятора.

Приведение АКБ в рабочее состояние

Требуемая плотность электролита, г/см³Количество воды, лКоличество раствора серной кислоты, плотностью  1,40 г/см³, л

Таблица 1. Количество воды и раствора кислоты для приготовления 1 л электролита

1,20	0,547	0,476
1,21	0,519	0,500
1,22	0,491	0,524
1,23	0,465	0,549
1,24	0,438	0,572
1,25	0,410	0,601
1,26	0,382	0,624
1,27	0,357	0,652
1,28	0,329	0,679
1,29	0,302	0,705
1,31	0,246	0,760

Автомобильные аккумуляторные батареи, выпускаемые в сухозаряженном состоянии, для приведения в рабочее состояние необходимо залить электролитом и после пропитки электродов измерить плотность электролита и произвести подзарядку батареи.

При температуре воздуха до -15°С в батареи заливают электролит плотностью 1,24 г/см³. При температуре от -15° до -30°С плотность повышают до 1,26, а при ниже -30° – до 1,28 г/см³.

Электролит требуемой плотности может быть приготовлен непосредственно из кислоты и воды. Однако более удобно применять раствор кислоты плотностью 1,40 г/см³. Количество воды и раствора, необходимое для приготовления 1 л электролита, указано в таблице 1. Серная кислота учитывается не в литрах, а в килограммах. Для перевода литров в килограммы необходимо пользоваться коэффициентом 1,83.

Плотность электролита измеряется с помощью ареометра. Он состоит из цилиндра с резиновой грушей и заборной трубкой и денсиметра (поплавка). При определении плотности электролита необходимо сжать рукой резиновую грушу ареометра, ввести конец заборной трубки в электролит и постепенно отпустить грушу. После того, как денсиметр всплывет, по его шкале определить плотность электролита в аккумуляторе. При измерениях надо следить за тем, чтобы денсиметр свободно плавал в электролите («не прилипал» к стенкам цилиндра).

Замер плотности электролита с помощью ареометра

Плотность электролита зависит от температуры. Исходной считается температура электролита 25°С. На каждые 15°С изменения температуры плотность изменяется примерно на 0,01 г/см³. Поэтому при измерении плотности электролита следует учитывать его температуру и в необходимых случаях вносить поправку к показаниям ареометра, пользуясь таблицей 2.

Заливать электролит в аккумулятор следует тонкой струей, применяя фарфоровую, полиэтиленовую или эбонитовую кружку и стеклянную, полиэтиленовую или эбонитовую воронку.

Температура
электролита, С°Поправка к

показаниям, г/см³

Таблица 2. Поправки к показаниям ареометра

От -55 до -41	-0,05
От -40 до -26	-0,04
От -25 до -11	-0,03
От -10 до 4	-0,02
От 5 до 19	-0,01
От 20 до 30	0,00
От 31 до 45	+0,01
ОТ 46 до 60	+0,02

Температура электролита должна быть не ниже 15°С и не выше 25°С. После заливки электролита и пропитки электродов не ранее чем через 20 минут и не позже чем через 2 часа производится контроль плотности электролита. Если плотность электролита понизится не более, чем на 0,03 г/см³ против плотности заливаемого электролита, батарея может эксплуатироваться. Если же плотность электролита понизится более, чем на 0,03 г/см³, батарея подлежит подзаряду. Продолжительность первого подзаряда зависит от срока хранения батареи в сухом виде с момента изготовления до приведения в рабочее состояние. Окончание подзаряда определяется по постоянству напряжения аккумулятора и плотности электролита в течение 2 часов.

Заряд аккумуляторных батарей

Аккумуляторные батареи заряжают при приведении их в рабочее состояние, при проведении контрольно-тренировочного цикла, а также периодически в процессе эксплуатации и при разрядах ниже допустимых пределов. При подготовке к заряду измеряется плотность и уровень электролита во всех аккумуляторах батареи. В аккумуляторах, где уровень недостаточен, он доводится до нормы доливкой дистиллированной воды (но не электролита!).

Заряд свинцовых аккумуляторных батарей необходимо производить от источника постоянного тока. При этом зарядное устройство, предназначенное для заряда одной 12-вольтовой батареи, должно обеспечить возможность увеличения зарядного напряжения до 16,0-16,5 В, поскольку иначе не удастся зарядить современную необслуживаемую аккумуляторную батарею полностью (до 100% ее фактической емкости). Положительный провод (клемму) зарядного устройства соединяют с положительным выводом батареи, отрицательный – с отрицательным. В практике эксплуатации пользуются, как правило, одним из двух методов заряда батареи: заряд при постоянстве тока или заряд при постоянстве напряжения. Оба эти метода равноценны с точки зрения их влияния на долговечность батареи.

Заряд при постоянстве тока производится током величиной, равной 0,1 от номинальной емкости при 20-часовом режиме разряда. Например, для батареи емкостью 60 А-ч ток заряда должен быть равен 6 А. Для поддержания постоянства тока в течение всего процесса заряда необходимо регулирующее устройство.

Недостаток такого способа – необходимость постоянного контроля и регулирования зарядного тока, а также обильное газовыделение в конце заряда. Для снижения газовыделения и повышения степени заряженности батареи целесообразно ступенчатое снижение силы тока по мере увеличения зарядного напряжения. Когда напряжение достигнет 14,4 В, зарядный ток уменьшают в два раза (3 Ампера для батареи емкостью 60 А-ч) и при таком токе продолжают заряд до начала газовыделения. При заряде батарей, которые не имеют отверстий для доливки воды, целесообразно при увеличении зарядного напряжения до 15 В еще раз уменьшить ток в два раза (1,5 А для батарей емкостью 60 А-ч). Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение 1-2 часов. Для современных необслуживаемых батарей такое состояние наступает при напряжении 16,3-16,4 В в зависимости от состава сплавов решеток и чистоты электролита (при его нормальном уровне).

Температура электролита во время заряда батарей возрастает, поэтому необходимо контролировать ее величину, особенно к концу заряда. Ее величина не должна превышать 45°С. В случае если температура окажется выше, следует уменьшить наполовину зарядный ток или прервать заряд на время, необходимое для остывания электролита до 30…35°С.

Если к концу заряда плотность электролита отличается от нормы, необходимо произвести корректировку доливкой дистиллированной воды в случаях, когда плотность выше нормы, или доливкой раствора серной кислоты плотностью 1,40 г/см³, когда она ниже нормы. Доводку плотности можно производить только в конце заряда, когда плотность электролита больше не возрастает, а за счет «кипения» обеспечивается быстрое и полное перемешивание. Количество отбираемого электролита и добавляемой воды или раствора кислоты для каждого аккумулятора можно определить, пользуясь данными таблицы 3. После проведения корректировки продолжить заряд в течение 30-40 мин, после чего снова измерить плотность, и если она будет отличаться от нормы, провести ее вновь.

Таблица 3. Примерные нормы в см³ доводки плотности электролита в объеме одного литра

Плотность электролита в АКБ, г/см3	Необходимая плотность, г/см3
	1,24			1,25
	Отсос электролита	Доливка раствора 1,40 г/см3	Доливка воды	Отсос электролита	Доливка раствора 1,40 г/см3	Доливка воды
1,24	–	–	–	60	62	–
1,25	44	–	45	–	–	–
1,26	85	–	88	39	–	40
1,27	122	–	126	78	–	80
1,28	156	–	162	117	–	120
1,29	190	–	200	158	–	162
1,30	–	–	–	–	–	–

Таблица 3. Продолжение

Плотность электролита в АКБ, г/см3	Необходимая плотность, г/см3
	1,26			1,27
	Отсос электролита	Доливка раствора 1,40 г/см3	Доливка воды	Отсос электролита	Доливка раствора 1,40 г/см3	Доливка воды
1,24	120	125	–	173	175	–
1,25	65	70	–	118	120	–
1,26	–	–	–	65	66	–
1,27	40	–	43	–	–	–
1,28	80	–	86	40	–	43
1,29	123	–	127	75	–	78
1,30	–	–	–	109	–	113

Таблица 3. Продолжение

Для пользования таблицей ее данные необходимо умножить на объем одного аккумулятора батареи, выраженный в литрах.
Плотность электролита в АКБ, г/см 3	Необходимая плотность, г/см3
	1,29			1,31
	Отсос электролита	Доливка раствора 1,40 г/см3	Доливка воды	Отсос электролита	Доливка раствора 1,40 г/см3	Доливка воды
1,24	252	256	–	–	–	–
1,25	215	220	–	–	–	–
1,26	177	180	–	290	294	–
1,27	122	126	–	246	250	–
1,28	63	65	–	198	202	–
1,29	–	–	–	143	146	–
1,30	36	–	38	79	81	–

Эксплуатационный уровень электролита устанавливается после окончания корректировки плотности и не ранее, чем через 30 мин после выключения батарей с заряда. При уровне электролита ниже нормы в аккумулятор нужно добавить электролит такой же плотности.

При заряде при постоянстве напряжения степень заряженности АКБ по окончании заряда напрямую зависит от величины зарядного напряжения, которое обеспечивает зарядное устройство. Так, например, за 24 часа непрерывного заряда при напряжении 14,4 В полностью разряженная 12-вольтовая батарея зарядится на 75-85%, при напряжении 15 В – на 85-90%, а при напряжении 16 В – на 95-97%. Полностью зарядить разряженную батарею в течение 20-24 часов можно при напряжении зарядного устройства 16,3-16,4 В. В первый момент включения тока его величина может достигать 40-50 А и более, в зависимости от внутреннего сопротивления (емкости) и глубины разряда батареи. Поэтому зарядное устройство снабжают схемными решениями, ограничивающими максимальный ток заряда. По мере заряда напряжение на выводах батареи постепенно приближается к напряжению зарядного устройства, а величина зарядного тока, соответственно, снижается и приближается к нулю в конце заряда. Это позволяет производить заряд без участия человека в полностью автоматическом режиме. Ошибочно критерием окончания заряда в подобных устройствах считают достижение напряжения на выводах батареи при ее заряде, равного 14,4±0,1 В. При этом, как правило, загорается зеленый сигнал, служащий индикатором достижения заданного конечного напряжения, то есть окончания заряда. Однако для удовлетворительного (на 90-95%) заряда современных необслуживаемых АКБ с помощью подобных зарядных устройств, имеющих максимальное зарядное напряжение 14,4-14,5 В, потребуется около суток.

Ускоренный комбинированный способ заряда применяется при необходимости полного заряда аккумуляторных батарей в
сокращенное время. Ускоренный комбинированный заряд производится в два этапа. На первом этапе заряд батарей осуществляется при постоянном зарядном напряжении, на втором этапе – при постоянной величине зарядного тока. Переход к заряду батарей при постоянной величине зарядного тока производится при снижении его на первом этапе заряда до величины 1/10 от емкости.

Контрольно-тренировочный цикл

Контрольно-тренировочный цикл проводится для контроля технического состояния аккумуляторных батарей, проверки отдаваемой ими емкости, исправления отстающих аккумуляторов. Отстающими называются те аккумуляторы батареи, параметры которых ниже остальных.

При контрольно-тренировочном цикле проводятся:

• предварительный полный заряд;
• контрольный (тренировочный) разряд током 10-часового режима;
• окончательный полный заряд.

Тип батареиРазрядный ток, А

Таблица 4. Величина разрядного тока при проведении КТЦ

6СТ-45	4,2
6СТ-50	4,5
6СТ-55	5,0
6СТ-60	5,4
6СТ-75	6,8
6СТ-82	7,5
6СТ-90	8,1
6СТ-105	9,5

Предварительный полный заряд при КТЦ проводится зарядным током, величиной 1/10 емкости аккумулятора. Перед началом контрольного разряда температура электролита должна быть 18…27°С. Величина разрядного тока для аккумуляторных батарей должна соответствовать значению, указанному в таблице 4.

Постоянство разрядного тока должно тщательно соблюдаться в течение всего разряда. Разряд ведется до конечного напряжения 10,2 В. При снижении напряжения до 11,1 В измерения производят через каждые 15 минут, а при снижении напряжения до 10,5 В измерения производят непрерывно до конца зарядки.

Подсчет емкости, отдаваемой аккумуляторной батареей, в процентах от номинальной производится по таблице. Фактическая емкость, отдаваемая при контрольном разряде, может быть как меньше, так и больше номинальной. Окончательный полный заряд автомобильных батарей производится нормальным зарядным током с соблюдением всех правил с доводкой плотности электролита в конце заряда.

Проверка НРЦ и плотности электролита

Для того, чтобы замедлить старение АКБ, нужно исполнить несколько главных требований по контролю за состоянием батареи и электрооборудования машины.

Проверка напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) проводится через 6-8 часов после выключения мотора (либо после заряда зарядным устройством). Напряжение на клеммах батареи измеряется с использованием вольтметра. Значение НРЦ в зависимости от степени уровня заряда батареи приведено в табл. 1

Таблица 1 Связанность напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) АКБ при разных температурах электролита

Степень уровня заряда, %	Равновесное напряжение разомкнутой цепи (НРЦ), В, при разных температурах
	+20…+25°C	+5…?5°C	?10…?15°C
100	12,70-12,90	12,80-13,00	12,90-13,10
75	12,55-12,65	12,55-12,75	12,65-12,85
50	12,20-12,30	12,30-12,40	12,40-12,50
25	11,95-12,10	12,10-12,20	12,20-12,30
0	11,60-11,80	11,70-11,90	11,80-12,00

  У целиком заряженной батареи плотность электролита составляет 1,28±0,01 г/см?.

Снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1,20±0,01 г/см3 у аккумуляторных батарей, степень уровня заряда которых снизилась до 50%. На все 100% разряженной батареи плотность электролита составляет 1,10±0,01 г/см?.

Если значение плотности во всех аккумуляторах идентично (с разбросом ±0,01 г/см?), это говорит о степени уровня заряда батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектном аккумуляторе будет гораздо ниже (на 0,10-0,15 г/см?), чем в остальных ячейках.

Для измерения плотности жидкостей используют ареометры со сменными денсиметрами для измерения плотности разных жидкостей, скажем, антифриза с плотностью от 1,0 до 1,1 г/см? либо электролита с плотностью от 1,1 до 1,3 г/см?.

При измерении поплавок не должен дотрагиваться до стенок цилиндрической части стеклянной трубки.  Одновременно нужно замерить температуру электролита. Итог измерения плотности приводят к +25°C.  Для этого к показаниям денсиметра нужно прибавить либо отнять поправку, полученную с использованием табл. 2 (в соответствии со знаком указанного значения поправки).

Если при измерении окажется, что НРЦ ниже 12,6 В, а плотность электролита ниже 1,24 г/см?, батарею нужно подзарядить и проверить зарядное напряжение на ее клеммах при работающем моторе.

Температура электролита, °C	Поправка, г/см?	Температура электролита, °C	Поправка, г/см?
?65…?50	?0,06	?4…+10	?0,02
?49…?35	?0,05	+11…+24	?0,01
?34…?20		+26…+40	+0,01
?19…?5	?0,03	+41…+55	+0,02
Таблица 2 Температурные поправки к показаниям денсиметра при приведении плотности электролита к +25°C

 

Литий-ионный аккумулятор — Институт чистой энергии

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?

Литий-ионный (Li-ion) аккумулятор представляет собой передовую технологию аккумуляторов, в которой ионы лития используются в качестве ключевого компонента электрохимии. Во время цикла разряда атомы лития в аноде ионизируются и отделяются от своих электронов. Ионы лития движутся от анода и проходят через электролит, пока не достигнут катода, где рекомбинируют со своими электронами и электрически нейтрализуют. Ионы лития достаточно малы, чтобы проходить через микропроницаемый разделитель между анодом и катодом. Отчасти из-за небольшого размера лития (уступая только водороду и гелию) литий-ионные батареи способны иметь очень высокое напряжение и запас заряда на единицу массы и единицы объема.

В литий-ионных батареях в качестве электродов могут использоваться различные материалы. Наиболее распространенной комбинацией является комбинация оксида лития-кобальта (катод) и графита (анод), которая чаще всего встречается в портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Другие катодные материалы включают оксид лития-марганца (используемый в гибридных электрических и электрических автомобилях) и фосфат лития-железа. В литий-ионных батареях в качестве электролита обычно используется эфир (класс органических соединений).

Применение аккумуляторов

Математические модели эффективности батарей

Каковы некоторые преимущества литий-ионных батарей?

По сравнению с другими высококачественными аккумуляторами (никель-кадмиевыми или никель-металлогидридными) литий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ. У них одна из самых высоких плотностей энергии среди аккумуляторных технологий на сегодняшний день (100-265 Втч/кг или 250-670 Втч/л). Кроме того, литий-ионные аккумуляторные элементы могут выдавать напряжение до 3,6 В, что в 3 раза выше, чем у таких технологий, как Ni-Cd или Ni-MH. Это означает, что они могут обеспечивать большое количество тока для мощных приложений, в которых литий-ионные батареи также сравнительно просты в обслуживании и не требуют плановых циклов для продления срока службы батареи. Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, пагубного процесса, при котором повторяющиеся циклы частичной разрядки/зарядки могут привести к тому, что аккумулятор «запомнит» более низкую емкость. Это преимущество как перед Ni-Cd, так и перед Ni-MH, которые проявляют этот эффект. Литий-ионные аккумуляторы также имеют низкую скорость саморазряда, составляющую около 1,5-2% в месяц. Они не содержат токсичного кадмия, что облегчает их утилизацию по сравнению с Ni-Cd батареями.

Благодаря этим преимуществам литий-ионные аккумуляторы вытеснили никель-кадмиевые аккумуляторы и заняли лидирующие позиции на рынке портативных электронных устройств (таких как смартфоны и ноутбуки). Литий-ионные батареи также используются для питания электрических систем в некоторых аэрокосмических приложениях, в частности, в новом и более экологичном Боинге 787, где вес является значительным фактором стоимости. С точки зрения экологически чистой энергии большая часть перспектив литий-ионных технологий исходит из их потенциального применения в автомобилях с батарейным питанием. В настоящее время самые продаваемые электромобили Nissan Leaf и Tesla Model S используют литий-ионные аккумуляторы в качестве основного источника топлива.

Каковы недостатки литий-ионных аккумуляторов?

Несмотря на свои технологические перспективы, литий-ионные аккумуляторы по-прежнему имеют ряд недостатков, особенно в отношении безопасности. Литий-ионные аккумуляторы имеют тенденцию к перегреву и могут быть повреждены при высоких напряжениях. В некоторых случаях это может привести к тепловому разгону и возгоранию. Это вызвало серьезные проблемы, в частности, остановку парка самолетов Boeing 787 после того, как поступили сообщения о возгорании бортовых батарей. Из-за рисков, связанных с этими батареями, ряд транспортных компаний отказываются выполнять массовые перевозки батарей самолетами. Для литий-ионных аккумуляторов требуются защитные механизмы для ограничения напряжения и внутреннего давления, что в некоторых случаях может увеличить вес и ограничить производительность. Литий-ионные аккумуляторы также подвержены старению, а это означает, что они могут терять емкость и часто выходят из строя через несколько лет. Еще одним фактором, ограничивающим их широкое распространение, является их стоимость, которая примерно на 40% выше, чем у Ni-Cd. Решение этих проблем является ключевым компонентом текущих исследований в области технологии. Наконец, несмотря на высокую плотность энергии литий-ионных аккумуляторов по сравнению с другими типами аккумуляторов, они по-прежнему имеют примерно в сто раз меньшую плотность энергии, чем бензин (который содержит 12 700 Втч/кг по массе или 8760 Втч/л по объему).

Взносы CEI

Основные результаты исследований

Одним из способов, которым CEI работала для достижения этой цели, является прямая визуализация, в частности, с использованием рентгеновской спектроскопии. Недавно в лаборатории профессора Джерри Зайдлера был разработан метод проведения рентгеновской спектроскопии ближней краевой структуры (XANES) на рабочем столе. Этот метод может позволить относительно подробные измерения определенных характеристик внутреннего состояния батареи без необходимости вскрывать ее и, таким образом, нарушать работу системы. Раньше XANES можно было реализовать только с чрезвычайно высоким потоком излучения от таких инструментов, как синхротрон. Это чрезвычайно большие и дорогие установки стоимостью до 1 миллиарда долларов, которые пользуются таким большим спросом среди ученых, что многомесячные списки ожидания становятся нормой. Используя преимущества новых передовых оптических технологий, лаборатория Зайдлера смогла изготовить небольшой прибор стоимостью 25 000 долларов, который может имитировать измерения, проводимые на синхротроне. С помощью этого нового инструмента ученые могут получать результаты в течение нескольких часов без значительного времени ожидания, что значительно увеличивает скорость разработки нестандартных технологий.

Другой аспект исследования аккумуляторов CEI включает создание физических, математических и вычислительных моделей внутреннего состояния аккумулятора. Это может помочь оптимизировать производительность батареи и циклы зарядки/разрядки, а также прогнозировать и предотвращать опасные отказы батареи. Профессор Венкат Субраманян, руководитель Лаборатории моделирования, анализа и управления технологическими процессами для электрохимических систем (MAPLE), разрабатывает и переформулирует физические модели батарей, а также работает над методами моделирования и решения этих моделей с большей эффективностью и точностью. Создав более эффективную, универсальную и точную модель технологии литий-ионных аккумуляторов, M.A.P.L.E. Исследования лаборатории могут помочь в разработке аккумуляторов более точно для более безопасной и эффективной работы.

Другие направления

Большая часть текущих исследований CEI направлена ​​на разработку способов лучшего понимания и управления важными внутренними состояниями литий-ионных аккумуляторов. Понимание внутренней работы батареи имеет важное значение для улучшения конструкции и оценки режимов ее отказа.

Другим крупным направлением исследований CEI является разработка новых материалов для улучшения характеристик аккумуляторов. В центре внимания CEI находятся как наука о материалах высокого уровня, такая как разработка и замена альтернативных материалов в литий-ионных батареях, так и характеристика и дизайн наноструктурированных материалов или материалов, свойства которых определяются даже с точностью до нанометра. . Исследователи CEI также изучают материалы, которые могут предложить альтернативу технологиям литий-ионных аккумуляторов.

Кремний исследуется в качестве анодного материала, поскольку он может образовывать трехмерную клетку, обладающую большей способностью поглощать литий.

Узнать больше

• Веб-сайт, посвященный батареям и их повторному использованию, создан студентом Clean Energy Bridge to Research Алеком Лазарски
• На веб-странице исследовательской группы Субраманиана есть свежие публикации о нелинейном прогнозирующем управлении с помощью моделей для литий-ионных аккумуляторов и других электрохимических систем.
• Институт чистой энергии (UW) ускоряет масштабные исследования чистой энергии, включая солнечную энергию следующего поколения, материалы для аккумуляторов, а также их интеграцию с системами и сетью. У него также есть информационно-пропагандистские программы, чтобы заинтересовать студентов в области STEM и чистой энергии. http://www.cei.washington.edu/ & http://www.cei.washington.edu/education/products/
• Университет аккумуляторов, спонсируемый Cadex Electronics Inc., предоставляет бесплатные учебные материалы по аккумуляторам. http://batteryuniversity.com/
• «Батареи в портативном мире. Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров», опубликованный основателем Cadex Electronics Inc. На веб-сайте есть примечания к книге. http://www.buchmann.ca/buchmann/
• В Википедии содержится хороший обзор химии литий-ионных аккумуляторов и их разработки. https://en.wikipedia.org/wiki/Литий-ионная_батарея

Объемная плотность энергии литий-ионных аккумуляторов увеличилась более чем в 8 раз в период с 2008 по 2020 год

Литий-ионные аккумуляторы, наверняка изготовленные из элементов, добытых и/или переработанных в Китае. Фото НАСА (общественное достояние).

Батареи

Объемная плотность энергии относится к количеству энергии, которое может содержаться в данном объеме. Увеличение объемной плотности энергии аккумуляторов позволяет электромобилям (EV) двигаться дальше без увеличения размера аккумуляторной батареи. И наоборот, это может позволить электромобилю проехать такое же расстояние с меньшим аккумуляторным блоком, что экономит место, вес и производственные затраты. Учитывая огромную выгоду от увеличения плотности энергии аккумуляторов для электромобилей, Министерство энергетики и частный сектор вложили значительные средства в разработку аккумуляторов, которые принесли впечатляющие результаты. В 2008 году литий-ионные батареи имели объемную плотность энергии 55 ватт-часов на литр; к 2020 году эта цифра увеличилась до 450 ватт-часов на литр.

Источник: Нитин Муралидхаран, Итан С. Селф, Марм Диксит, Чжиджиа Ду, Рашид Эссели, Рухул Амин, Джагджит Нанда, Илиас Белхаруак, Advanced Energy Materials, Катоды нового поколения без кобальта – перспективное решение проблемы аккумуляторной промышленности. Проблема с кобальтом, январь 2022 г.

Предоставлено Energy.gov

Связанные истории:

Отслеживание лития дает подсказки к лучшим батареям к неполному удалению лития с анода при разряде аккумулятора.

Срок службы аккумуляторов коммунального назначения зависит от того, как они используются: согласно запланированным установкам, собранным в нашей предварительной ежемесячной инвентаризации электрогенераторов, мы ожидаем, что емкость аккумуляторов увеличится на 10 гигаватт (ГВт) к концу 2023 года. Подробнее более 60 % этой емкости батареи предназначены для работы с солнечными электростанциями.

Цените оригинальность CleanTechnica и освещение новостей о чистых технологиях? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или послом CleanTechnica – или покровителем на Patreon.

---

Не хотите пропустить статью о чистых технологиях? Подпишитесь на ежедневные обновления новостей от CleanTechnica по электронной почте.