Таблица веса аккумуляторов с электролитом: Страница не найдена (ошибка 404)

на 190, 75, 60, 55 Ач, для легковой машины, 6ст, масса

Автор Акум Эксперт На чтение 4 мин Просмотров 6к. Опубликовано 29.03.2021 Обновлено 21.04.2021

Обычно при выборе аккумулятора на свой автомобиль мы мало интересуемся ее весом. Ведь в этом нет необходимости. Но иногда вес батареи приходится знать. Например, оптовым продавцам нужно знать вес отправляемого груза. Автовладельцу эта информация пригодится для снятия силовых характеристик двигателя или сдачи на утилизацию. В этой статье мы выясним, сколько весит автомобильный аккумулятор той или иной емкости, из чего этот вес складывается и от чего зависит.

Таблица веса аккумуляторов

Вес аккумулятора сильно зависит от электрической емкости. Чем выше емкость, тем габаритнее он будет. А чем больше корпус, тем больше батарея весит. Не для перевозки воздуха же его увеличили. К примеру, вес аккумулятора (АКБ) 6СТ-190 составляет примерно 49 кг, тогда как 6СТ-62 потянет всего на 16 кг. Это хорошо иллюстрирует таблица, приведенная ниже.

Таблица зависимости веса АКБ от ее емкости и производителя

Емкость А/ч	Вес аккумулятора, кг
	Средний вес без электролита	Средний вес с электролитом	Banner	Тюменский Медведь	Forse	Titan	Bost
35	8,7	10,2
40	8,8	10,6	11,2				10,5
42	9,1	10,7					10,7
45	9,9	12,1	12,1/13,1				12,2
50	11,2	12,9	12,7/12,8		12,8	14
55	12,1	14,6	14,1	14,4	15,5	14,5/16	13,3
60	13,2	15,4	16,5	15,0	15,8	15,2	16,2
62	13,7	15,6	14,8	14,7		16,0/16,3
65	14,1	16,7	15,8		16,7		16,5/16,9
66	14,3	16,9		16,5		16,9
70	14,8	18,2	17,2/18,2				17,2/18,3
75	15,5	19,0	18,5			17,5/19,5
77	16,2	19,1		17,4/19		19,5
90	20,5	23,1				21,2	22,4
95	20,7	23,5	22,2/22,5	23,5		25
100	21,8	24,4	23,2	26,2	24,4	27,5
110	25,6	25,9	25,9/28			27,5
132/140	33,6	37,5				39
190	47,9	49,1		50		52
225	51,2	61,8	61,8/62,9	56	60,4	58	60,4

Как видно из таблицы масса аккумулятора зависит не только от его электрической емкости, но и от бренда. Ведь каждый производитель использует собственные технологии и материалы.

Почему аккумуляторы такие тяжёлые

Свинцово-кислотные аккумуляторы для автомобиля на сегодняшний день имеют самое низкое соотношение электрическая емкость/масса. Ведь материалом электродов является свинец – металл с очень высоким удельным весом. Но кроме свинца в аккумулятор входят и другие компоненты.

Из чего складывается вес АКБ

Основные составляющие свинцово-кислотного аккумулятора:

• корпус;
• активные элементы;
• электролит.

Корпус

Лет 30 назад оболочки машинных аккумуляторов изготавливались из эбонита, а сверху секции герметизировались одной из производных гудрона. Сегодня эбонит заменили полиэтиленом (бюджетный вариант) и полипропиленом. Эти материалы намного легче и не особо влияют на вес автомобильного аккумулятора. Тем не менее процентов 5-8 от общего веса батареи можно отнести на счет корпуса.

АКБ в эбонитовом (слева) и современном полипропиленовом корпусе

Активные элементы

В автомобильном аккумуляторе это свинец. Причем для изготовления катодов используется чистый металл, а аноды делают из диоксида свинца. Вот эти пластины и составляют основную (около 80%) массу аккумулятора. Благодаря им АКБ способна накапливать электрическую энергию.

Пластины из свинца составляют основную часть веса АКБ

Электролит

Для того чтобы активные элементы (пластины) могли выполнять свою работу, они должны быть погружены в электролит. В свинцово-кислотном аккумуляторе его роль исполняет раствор серной кислоты в воде. Объем электролита в АКБ зависит от ее электрической емкости и может колебаться от 0.8 л для 6СТ-35 до 10 л для 6СТ-190. Таким образом, весить аккумулятор с электролитом будет примерно на 15% больше “сухого”.

Электролита в батарее тоже немало

Отличается ли вес нового аккумулятора от батареи БУ? Сколько, к примеру, весит аккумулятор 6СТ-75 новый и использованный? Согласно таблице новая батарея бренда Banner весит 18.5 килограмм. Если мы взвесим эту АКБ перед сдачей в лом, то увидим практически ту же цифру. Батарея столько проработала и ничего не израсходовала? Да, так и есть.

В процессе работы свинец переходит из одного соединения в другое и не более. Заряжаем – разлагается сульфат свинца и образуется диоксид. Разряжаем – диоксид превращается в сульфат. Ничто никуда не вылетает, ничто ниоткуда не берется. Таким образом, если мы взвесим полностью засульфатированную батарею с осыпашимися пластинами и новенькую в идеальном состоянии, то увидим практически одну и ту же цифру. Не зря же приемщиков АКБ абсолютно не интересует возраст и состояние аккумулятора. Они отлично знают, что никуда свинец не испарится ни при каких условиях.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Важно! Если быть точным, то в процессе работы батарея все же теряет один компонент – воду из электролита. При нормальных режимах потери незначительные, но факт остается фактом. В обслуживаемую АКБ мы можем воду долить, в необслуживаемую – нет. Так что, если быть точным, отработанная АКБ может весить немного (доли, максимум пара процентов) меньше новой.

Вот мы и узнали, сколько весит автомобильная аккумуляторная батарея, а заодно выяснили, из чего этот вес складывается и от чего зависит.

Спасибо, помогло!2Не помогло

Таблица веса аккумуляторов в зависимости от мощности

Существуют разные причины и поводы поинтересоваться тем, сколько же может весить аккумуляторная батарея. Тут речь пойдёт именно о свинцово-кислотных АКБ, которые изготавливаются по различным технологиям.

Пока доминируют батареи, в которых электролит представлен в виде жидкости прозрачного цвета, состоящей из смеси серной кислоты и дистиллированной воды. Но также активно внедряются и всё чаще покупаются AGM и GEL аккумуляторы. В первом случае электролит заключён в стекловолоконные маты, а во втором он загущается, приобретая структуру геля. Но всё равно от использования дистиллята и серной кислоты производители не отказались.

АКБ выглядит довольно компактно. Но когда достаёшь её из подкапотного пространства, оказывается, что вес не такой уж и маленький.

От чего зависит и как проверить

Для определения веса автомобильных аккумуляторов нужно знать не так много.

Аккумулятор может быть легковой, либо грузовой, то есть предназначенным для работы на грузовиках, или на обычных машинах.

Есть 2 способа понять, сколько весит конкретная аккумуляторная батарея:

• посмотреть на наклейку или этикетку от производителя;
• поставить батарею на весы.

Знать массу устройства порой полезно, иногда интересно, а в некоторых случаях просто необходимо. Кто-то просто, исходя из спортивного интереса, желает узнать массу этой конструкции. Другим важно рассчитать свои силы, планируя перенести АКБ на достаточно внушительное расстояние.

Также АКБ и её весовые характеристики во многом влияют на развесовку транспортного средства. Автопроизводители не просто так выбирают те или иные участки для размещения АКБ. Кто-то ставит её под капот с левой стороны, другие справа. В некоторых случаях батарея находится под водительским сиденьем. Есть и такие машины, где для аккумулятора выделено место в подполе багажного отсека. Всё это делается, исходя из необходимости распределить нагрузку и сделать баланс оптимальным.

Даже не взвешивая АКБ, можно узнать примерный средний вес аккумулятора с теми или иными характеристиками, предназначенного для легкового или грузового автомобиля.

В среднем для легковых авто используются АКБ массой от 12 до 20 кг. Для грузовых машин это диапазон от 20 до 45 кг.

Вес зависит от производителя, модели и конкретных характеристик источника питания.

Из чего формируется масса

Каждый автомобильный аккумулятор имеет свой определённый вес, приведённый на наклейке в килограммах (кг).

Да, масса не играет столь значимой роли при выборе АКБ как ёмкость или пусковой ток, но всё же порой даже такая информация может стать решающей.

При продаже подержанных АКБ, когда основную ценность представляет свинец, многие ошибочно воспринимают полную массу как цифру для расчёта выгоды от реализации. На самом деле старые батареи принимают не по общему весу, а лишь по массе содержащегося свинца.

Есть 3 компонента, которые и формируют итоговый вес источника питания. Здесь речь идёт именно о свинцово-кислотных АКБ:

1. Корпус. Или же оболочка. То есть внешняя конструкция, внутри которой располагаются основные компоненты батареи. Обычно корпус изготавливается на основе пластика или иных схожих материалов. Это самая незначительная по весу часть батареи. Обычно на корпус приходится буквально 5–7% от общей массы. Для стандартных АКБ для легковых машин ёмкостью 55–70 Ач предусматривается корпус весом 750–1000 грамм. Потому перекупщики принимают АКБ просто со слитым электролитом, но в корпусе. Ведь его вес особо не влияет на стоимость.
2. Электролит. Это специальная электрохимическая жидкость, за счёт которой и происходит взаимодействие свинцовых пластин с разным зарядом, накапливается энергия и отдаётся для запуска двигателя. Электролит состоит из дистиллированной воды и серной кислоты. При этом в жидкостных АКБ на долю электролита обычно приходится по 15–20% от общей массы.
3. Свинец. Главный компонент аккумулятора, который и формирует основной вес устройства. Суммарно корпус и электролит занимают не более 25% от массы. В итоге получается, что на долю свинца может приходиться 75–80% всего веса.

Важно понимать, что учитывается не только чистый свинец, но и разные сплавы и соединения.

Причём ценность при продаже представляет в основном чистый свинец, которого в современных батареях не так много можно получить путём обычной переработки. В основном его приходится отделять от других металлов, для чего необходимо специальное оборудование и высокотемпературная обработка. В домашних условиях удаётся выплавить обычно не более 20% от общего количества содержащегося в АКБ свинца.

Зависимость веса от мощности

Существуют специальные таблицы по весу аккумуляторов, которые дают возможность сориентироваться и примерно понять, какая масса будут характерной для АКБ с теми или иными параметрами мощности.

Чем больше в АКБ свинца и сплавов, тем выше ёмкость и мощность. Пропорционально возрастает и вес аккумулятора.

То есть зависимость между весом и мощностью самая непосредственная.

Можно привести несколько примеров, какой вес должен быть в случае того или иного аккумулятора.

• 55 Ач. Начать стоит с того, сколько должен весить самый популярный аккумулятор на 55 Ач. Именно его чаще всего ставят на легковые авто. Диапазон составляет от 13 до 16 кг. Если говорить о том, каким будет вес свинца в аккумуляторе при 55 Ач ёмкости, то тут достаточно вычесть 20%, которые приходятся на электролит и корпус. В среднем это около 12 кг свинца при общей массе 15 кг;
• 60 Ач. Теперь про вес автомобильного стартерного аккумулятора с ёмкостью 60 Ач. Прирост составил буквально 5 Ач. Но и к весу прибавилось 10%. Тут масса варьируется от 17 до 18 кг. Вот сколько примерно весит автомобильный пусковой аккумулятор, ёмкость которого составляет скромные 60 Ач;
• 75 Ач. Несложно определить и то, сколько будут весить аккумуляторы на 75 Ач. Тут объёмы свинца и электролита увеличиваются, а вот прирост по массе оболочки незначительный. Средние цифры составят 22–24 кг;
• 90 Ач. При 90 Ач вес аккумулятора будет порядка 27–30 кг. Это уже батареи для крупных внедорожников, коммерческого транспорта, иногда даже для строительной техники;
• 100 Ач. В этом случае масса перевалит за отметку в 30 кг. В среднем это 29–32 кг;
• 190 Ач. Встречаются и такие АКБ. Они считаются наиболее мощными, а потому и самыми тяжёлыми. Тут масса варьируется в пределах 43–45 кг.

Узнать точный вес можно путём простого взвешивания. Причём даже производитель указывает примерную цифру, которая может отличаться от реальных параметров на 0,2–0,5 кг.

Несоответствие фактического и паспортного веса также иногда указывает на то, что перед покупателем поддельная аккумуляторная батарея. Но это не гарантия идентификации фальшивки.

Для наглядности будет дополнительно представлена таблица.

В ней указано, какая средняя масса будет у аккумуляторной батареи при определённых параметрах ёмкости с учётом залитого электролита и без него.

Показатель ёмкости, А*ч	Средний вес АКБ с электролитом, кг	Средний вес АКБ без электролита, кг
35	10,2	8,7
40	10,6	8,8
42	10,7	9,1
45	12,1	9,9
50	12,9	11,2
55	14,6	12,1
60	15,4	13,2
62	15,6	13,7
65	16,7	14,1
66	16,9	14,3
70	18,2	14,8
75	19,0	15,5
77	19,1	16,2
90	23,1	20,5
95	23,5	20,7
100	24,4	21,8
110	25,9	25,6
135	37,5	33,6
190	49,1	47,9
225	61,8	51,2

Вес аккумулятора автомобильного — таблица и советы

Информация о том, каким является вес автомобильного аккумулятора, может быть полезной тем, у кого возникает необходимость проведения ремонтных работ. С помощью нашей статьи вы сможете узнать, сколько весит аккумулятор и от чего зависит этот показатель.

Зачем определять вес аккумулятора автомобильного

В ходе подбора аккумулятора, как правило, учитываются базовые характеристики, к числу которых принадлежат:

• тип используемых клемм;
• габаритные размеры;
• ток холодной прокрутки.

Большая часть автолюбителей больше ничего не знают о том, какие ещё существуют параметры АКБ. Нужно ли знать вес аккумуляторной батареи авто и зачем вообще может понадобиться такая информация? Ответить на такой вопрос можно по-разному.

В большинстве случаев подбор аккумулятора происходит по марке авто. Для этого нужно вооружиться компьютером или смартфоном, подключенным к Интернету. Необходимо лишь осуществить ввод исходных данных, после чего программа отобразит требуемый результат. Для выбора оптимального учитывается полярность, емкость и напряжение. Во многих случаях на вес аккумулятора никто даже не смотрит. Но в некоторых ситуациях именно масса этого элемента является очень значительным фактором. Мы поможем вам понять, когда нужно брать во внимание вес аккумуляторной батареи.

Нередко эти данные очень актуальны во время тюнинга машины. Некоторые мастера переносят АКБ в грузовой отсек или под кресло. Перед тем как выполнять такие действия необходимо обязательно определить предельную нагрузку на силовые детали авто. Кроме этого, не забудьте уделить достаточно внимания качественному креплению аккумулятора в новом месте.

Вес автомобильного аккумулятора также может иметь существенное значение для тех, кому нужно перенести АКБ на определенное расстояние. Хотя габариты аккумулятора и являются маленькими, уже через несколько минут вес будет ощущаться довольно серьезно.

Если вы решили внести изменения в конструкцию транспортного средства, предусматривающие перенос аккумулятора в другое место, нужно обязательно получить соответствующий сертификат. В противном случае эксплуатацию автомобиля осуществлять запрещено!

Как получить данные о массе АКБ

Информация о весе аккумулятора может отличаться, так как можно указать массу сухой батареи без электролита или вес АКБ с электролитом. Эти показатели могут значительно отличаться друг о друга. Наиболее часто данные о весе обозначаются на наклейке вместе с иной информацией. Кроме этого, различается масса аккумулятора разных производителей.

Если говорить в общих чертах, то вес аккумулятора легкового авто составляет от 12 до 16 кг, а вот для грузовых машин этот показатель равен от 20 до 43 кг. Для определения точных показателей аккумулятор взвешивают. Если процедура выполняется с электролитом, от полученного результата надо вычесть его вес в процентном соотношении. Вес щелочных АКБ определяется с учетом конкретной модели. Для этого существуют уже готовые таблицы, поскольку аккумуляторы такого типа не взвешивают.

Таблица веса наиболее распространенных АКБ

Далее приведена таблица, которая поможет вам понять, сколько весит аккумулятор конкретного типа. Надеемся, что эти данные смогут удовлетворить ваш запрос. Советуем обязательно консультироваться у эксперта, выбирая аккумулятор для автомобиля.

Название	Вес (кг)	Название	Вес (кг)
6СТ — 55 А1	12	VARTA	13
6СТ — 55 П	13	VARTA silver	12
6СТ — 55 ТМ	14	VARTA blue dynamic	13
6СТ — 55	15	MUTLU super calcium	12
6СТ — 55 ЭМ	16	MUTLU mega calcium	20
6СТ55 — ПМА	13	AMERICAN	9
6САМ — 55	22	AMERICAN	12
VARTA AGM G14	22,4	VARTA Start-Stop Plus AGM	15,7
6СТ — 60 ЭМ	17	Top La	12
6СТ — 66 А1	13	SZNAJDER	10
6СТ — 75 ЭМ	22	BOSCH	13
6СТ — 75 ТМ	21	BOSCH Asia silver	10
6СТ — 77 А1	15	VARTA Asia dynamic	16
6СТ — 77 А1	15	VARTA Asia dynamic	16
6СТ — 90 ЭМ	27	MAGNUM SUPCAR	12
6СТ — 110 А	22	DAEWOO	11
6СТ — 132 П	32	DAEWOO calcium MF 220	42
6СТ — 132 ЭМ	40	FUKUKAWA	2
6СТ — 140 А	30	OPEL	11
6ТСТС — 140 А	37	YUSIMI	35
6СТ — 182 ЭМ	55	SZNAJDER	12
JAPAN star	22	6СТ — 190 ТМ	42
6СТ — 190 А	43	YUASA 130F51	22
6СТ — 190 А П	40	BAREN	20
6 МТС — 9	2,7	KRAFT	12
6 МТС — 9А	2,5	FULMEN	11
АКОМ	11	TUDOR milenium3	16
ОКА	9	FIAMM advance	12
ИСТОК	11	DUPLEX	15
ТИТАН	13	MOTOLITE	11
ЗУБР	12	BLACK HOUSE	12
TYUMEN BATTERY	22	DELPHI	12
CHAMPION PILOT	11	FAST	12
AKTEX	12	MEDALIST	12
VESNA	39	MEDALIST PREMIUM 220	42
FIAMM 12 FLB 300	27	MFA	2.2
X series	10	NISSAN 84 Month	14
MORATTI	10	Пилот	12
Banner	16	Bizon	11
6СТ — 60 П	14	BOSCH silver	12
OPTIMA REDTOP 4.2L	17	OPTIMA REDTOP 3,7L	14
Bosch S5 110Ah 920A	22	Bosch S6 AGM HighTec	18

Вес аккумулятора автомобиля с электролитом и без

Каждому автолюбителю приходится иметь дело с аккумуляторным прибором, нуждающимся в постоянном обслуживании. Для поддержания в рабочем состоянии его приходится переносить с одного места на другое. Поэтому вес аккумулятора автомобиля имеет большое значение в течение всего срока эксплуатации.

Факторы, определяющие вес АКБ

Рассматриваемая нами характеристика нормируется действующими стандартами и нередко считается показателем качества аккумуляторного изделия. Нежелательные отклонения в сторону уменьшения массы могут быть вызваны следующими причинами:

• технологические нарушения, допущенные в процессе сборки изделия;
• недостаточное качество или количество пластин;
• снижение веса электролита в кг при хранении или эксплуатации АКБ.

.

Чем она выше – тем больший средний вес имеет сама обследуемая батарея. Именно поэтому аккумуляторы от КАМАЗа, например, значительно тяжелее АКБ, устанавливаемого на легковой автомашине.

Основные составляющие веса

К основным составляющим, определяющим сколько весят автомобильные аккумуляторы, относят:

• Корпус изделия.
• Расположенные внутри его свинцовые пластины.
• Электролит, заливаемый в полости АКБ.

Рассмотрим каждую из составляющих автомобильных батарей более подробно.

Корпус (оболочка)

Первый элемент из приведенного выше перечня – корпус, изготавливаемый на основе полипропилена или эбонита. По своему функциональному назначению – это резервуар, в который заливается электролитический раствор. Конструкцией современных автомобильных АКБ предусмотрено его разделение на несколько ячеек, в которых располагаются комплекты из положительных и отрицательных электродных пластин.

Изолирование пластин необходимо для того, чтобы предотвратить электрическое замыкание элементов разрядной цепи и выход аккумулятора из строя.

В верхней части АКБ легкового автомобиля имеется крышка, приваренная к основанию и защищающая прибор от механических повреждений. В некоторых моделях в ней предусмотрены отверстия для отвода газов, образующихся в результате химической реакции.

Пластины на основе свинца

Известно множество конструкций аккумуляторных батарей, но чаще всего они изготавливаются на основе пластин из свинцовых сплавов, залитых раствором серной кислоты.

Свинец, как известно, отличается высокой плотностью и большим удельным весом. Именно это его свойство делает аккумуляторы для легковых автомобилей такими тяжелыми. Электролитический раствор также «вносит свой вклад» в общий вес автомобильных аккумуляторов.

Электролит

Заполняющий корпус состав представляет собой раствор серной кислоты, в определенной пропорции разбавленный дистиллированной водой. Его плотность постоянно меняется; она зависит от температуры окружающего воздуха и степени разряженности АКБ.

При эксплуатации аккумуляторных батарей в электролите происходит химическая реакция, результат которой – расход серной кислоты и заметное снижение плотности. Масса АКБ при этом несколько снижается.

Вес аккумуляторов автомобильных с электролитом

Стандартный аккумулятор с напряжением 12 Вольт содержит в своей конструкции шесть отдельных камер с размещенными в них рабочими элементами. Каждая такая ячейка состоит из тонких свинцовых пластинок, свободное пространство между которыми заполнено серной кислотой. Именно эта особенность конструкции делает аккумулятор с электролитом слишком тяжелым.

И все же описываемый здесь прибор на протяжении многих лет – лучший вариант источников питания, используемых в транспортных средствах (включая легковые автомобили). Для каждого авто подходит «своя» индивидуальная модель аккумулятора, имеющая вполне конкретные характеристики. Это и определяет разницу в весе у различных образцов. Известно около 70 типовых размеров батарей с напряжением питания 12 Вольт. При этом средний вес АКБ имеет величину в пределах от 15 до 50 килограмм.

Сколько весит аккумулятор легкового автомобиля

Новые автомобили всегда поступают в продажу в комплекте со свинцовым аккумулятором, вес которого строго нормирован. Производитель устанавливает в машину определенный тип аккумуляторных батарей, оптимально подходящий для нее и рассчитанный на фиксированную нагрузку. Емкость и токовые характеристики изделий под общим обозначением 6СТ подбираются таким образом, чтобы они соответствовали параметрам встроенного генератора. Вот почему еще до приобретения нового прибора специалисты советуют ознакомиться с рекомендациями производителей авто, касающимися подходящего для него образца АКБ.

У многих пользователей возникает желание установить аккумулятор большей емкости с целью продлить срок его эксплуатации. В принципе, сделать это допускается без какой-либо опасности для автомобиля. Но при этом нужно иметь в виду следующее:

• встроенный в машину генератор не сможет полноценно заряжать такой АКБ, так как он не рассчитан на повышенную мощность отдачи;
• это приведет к быстрой десульфатации свинцовых пластин и к последующей за этим потере емкости;
• постоянная эксплуатация не до конца заряженной батареи приводит к ускоренному разложению рабочих пластинок.

То есть вместо ожидаемых преимуществ пользователь получает одни минусы. Во-первых, он затратит больше денег, чем на АКБ меньшей массы, а во-вторых – вес автомобиля увеличится. Да и таскать тяжелый прибор при необходимости его переноски домой, например – занятие не из приятных.

Узнать сколько весит аккумулятор автомобильный на 60 А/часов, например, можно по маркировке этого прибора. Важно учитывать, что производители указывают массу «сухого» АКБ (без электролита). Чтобы определить полное значение этого показателя – следует добавить к указанной на маркировке цифре около 2,5 кг.

Видео — сколько должен весить хороший аккумулятор

Обзор аккумуляторов емкостью от 55 до 190 A/час

Изделия емкостью порядка 55 А/ч используются на подавляющем большинстве легковых автомобилей. Вес аккумуляторов на 55 А/час составляет в среднем от 13 до 16 кг, а эксплуатируются они в основном на бензиновом транспорте с типовой комплектацией. Размеры этих изделий: 242×175×190 мм.

АКБ с заявленной емкостью 60 Ампер/час также относятся к наиболее распространенным образцам, устанавливаемым на автомобилях с объемом двигателя 1,6-2,0 литра. С увеличением емкостного показателя их вес увеличивается пропорционально (где-то на 10%). Вес аккумуляторов 60 Ач составляет в среднем от 17 до 18 кг. Габаритные размеры этих образцов: 242×175×190 мм.

Категория аккумуляторов 75 А/час подойдет для мощных бензиновых автомобилей и машин, работающих на дизельном топливе.

Из нее видно, что он весит порядка 22-24 килограммов, а его размеры в среднем составляют 278 х 175 х 190 мм.

Аккумуляторы с заявленной емкостью 90 А/час устанавливаются на грузовом транспорте и на образцах специальной строительной техники. Они весят в пределах от 27 до 30 кг и применяются при необходимости комплектации автомобилей с мощными двигателями.

АКБ 190 Ампер в час относятся к категории очень тяжелых изделий, применяемых на транспортных средствах высокой грузоподъемности. Приборы весом 43-45 кг нередко устанавливаются на речные и морские суда. Их габариты составляют в среднем 513x223x225 мм.

Таблица веса аккумуляторов

Таблица весов АКБ позволяет наглядно сравнить их характеристики по рассматриваемому нами признаку. При ее изучении каждому образцу выпускаемых изделий ставится в соответствие его вес (без электролита и с ним). Воспользовавшись этим сводным инструментом, каждый желающий сможет узнать вес аккумулятора100 А/час, например. Он составляет 21,8 кг (без электролита). А при залитом составе его вес равен 24,4 кг.

Таблица: Вес аккумуляторов автомобилей разной емкости

Емкость аккумулятора	Вес аккумулятора с электролитом	Вес аккумулятора без электролита
35 А/ч	10,2 кг	8,7 кг
40 А/ч	10,6 кг	8,8 кг
42 А/ч	10,7 кг	8,7 кг
45 А/ч	12,1 кг	9,1 кг
50 А/ч	12,9 кг	9,9 кг
55 А/ч	14,6 кг	11,2 кг
60 А/ч	15,4 кг	12,1 кг
62 А/ч	15,6 кг	132 кг
65 А/ч	16,7 кг	13,7 кг
66 А/ч	16,9 кг	14,1 кг
70 А/ч	18,2 кг	14,3 кг
75 А/ч	19,0 кг	14,8 кг
77 А/ч	19,1 кг	155 кг
90 А/ч	23,1 кг	16,2 кг
95 А/ч	23,5 кг	20,5 кг
100 А/ч	24,4 кг	21,8 кг
110 А/ч	25,9 кг	25,6 кг
135 А/ч	37,5 кг	33,6 кг
190 А/ч	49,1 кг	47,9 кг
225 А/ч	61,8 кг	51,2 кг

Нажмите, пожалуйста, на одну из кнопок, чтобы узнать помогла статья или нет.

ПомоглаНе помогла

Сколько весит автомобильный аккумулятор с электролитом и без

Примерный срок жизни среднестатистического аккумулятора составляет около трех лет. После выработки своего ресурса необслуживаемые модели нужно сдавать в утиль. Иногда только при таких обстоятельствах водитель интересуется и узнает, сколько весит автомобильный аккумулятор.

Это связано с тем, что основную массу прибора занимают свинцовые пластины. Существенно меньше во всем объеме приходится на электролит, залитый в свободные полости.

Необходимость в определении массы батареи

При покупке АКБ каждый автомобилист обращает свое внимание на такие параметры как емкость батареи, ток прокрутки, габариты и расположение клемм. Остальные данные прибора интересуют его в меньшей степени.

Как только батарея выйдет из строя, то понадобится от нее избавиться, а некоторое время до этого она обычно находится в гараже или другом подсобном помещении. Периодически ее приходится перестанавливать с места на место, вот тут и станет заметен вес автомобильного аккумулятора.

Для подбора нового элемента питания в автомобиль нужно будет отправиться в специализированный магазин или на авторынок. Таскать с собой по всей территории многокилограммовый агрегат будет проблематично, поэтому можно заранее поинтересоваться его массой.

При выборе новой АКБ можно воспользоваться данными с наружной поверхности старого корпуса. Там указано большинство необходимой информации. Для выяснения точных параметров применяются контрольные таблицы. Существуют также программы для смартфонов, предоставляющие данный сервис. Достаточно ввести марку и емкость автомобильного аккумулятора, чтобы узнать его вес. В основе программ лежит таблица веса аккумуляторов с электролитом.

Свою актуальность информация о весе АКБ имеет в некоторых случаях тюнига автомобиля. Этот параметр участвует в процессе выявления предельных нагрузок на различные узлы. Данные также нужны с учетом полной заправки электролитом. Даже если у батареи небольшие габаритные параметры, при длительном воздействии это оказывает значимый результат.

Нужно знать, что внесение существенных изменений в конструкцию автомобиля, связанных с переносом конструкционно установленного аккумулятора, должно сопровождаться соответствующим подтверждающим сертификатом.

Иное самовольное переоборудование авто в подкапотном пространстве является недопустимым.

Получение информации о массе

Большинство производителей указывает данный параметр на корпусе батареи среди прочей информации. У разных производителей даже при одинаковых наружных параметрах могут быть различные массы АКБ.

Средний вес батареи для легкового автомобиля бюджетного класса составляет 12…16 кг. Это связано напрямую с электрической емкостью. Для бОльших автомобилей используются бОльшие аккумуляторы по массе.

Масса АКБ зависит от его емкости

Самым простым способом является обычное взвешивание. В ходе него будут учтены массы всех компонентов:

• пластиковый корпус;
• свинцовые пластины и клеммы;
• масса залитого электролита.

Фургоны и грузовики пользуются батареями, масса которых иногда доходит до 43 кг. Для некоторых категорий авто предусмотрен не один элемент питания, а несколько. В электромобилях производители используют гораздо большие батареи, так как они приспособлены для перемещения всего автомобиля, а не использования их на старте.

Таблица масс АКБ

Предлагаем ознакомиться с таблицей, указывающей массы наиболее популярных и востребованных аккумуляторных батарей. В ней расписаны модели, используемые на авто европейского, азиатского и североамериканского рынка. Их можно найти в специализированных автомагазинах по продаже запчастей.

Интересное по теме:

загрузка…

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

из чего складывается, таблица веса автомобильных аккумуляторов разной емкости

Для автомобиля вес аккумулятора представляет важную характеристику .Это значение может понадобиться при покупке новой батареи, для организации работ или транспортировки, выбора типа крепления. В автомобилях применение нашли свинцово-кислотные элементы, вес которых не меняется вне зависимости от года выпуска или вида конструкции.

Из чего складывается вес аккумулятора

Аккумулятор состоит из множества частей — конструкционных элементов, проводов, электродов, клемм, винтов и гаек. Однако основной вклад в массу аккумулятора вносят корпус, свинцовые пластины и электролит.

Оболочка

Батарея включает в себя как внешние стенки, так и многочисленные перегородки внутри себя. Крышка, крепежные выступы — все выполнено из пластика или подобного материала. Все элементы оболочки аккумулятора занимают 5-8% от общего веса.

Свинец

Этот металл или сплавы на его основе занимают около 80% всего веса. Электроды могут изготавливаться из чистого свинца или его соединений. Из последних наиболее востребованным является диоксид. Плотность этого металла составляет 11,34 г/см3, чем обусловлена его высокая доля в весе аккумулятора.

Электролит

Он представляет собой смесь дистиллированной воды и серной кислоты. Его рабочая плотность колеблется вблизи 1,25 г/см3.

Точное значение зависит от модели аккумулятора, условий эксплуатации, типа нагрузки. В общей массе батареи доля электролита составляет около 20%.

Показатели веса разных типов АКБ

Емкость АКБ пропорционально связана с его массой. Чем больше потребителей, чем больше требуется электричества, тем больше будет масса аккумулятора. При покупке АКБ можно руководствоваться правилом, что при прочих одинаковых параметрах следует отдавать предпочтение более тяжелой батарее.

Это непосредственно связано как с увеличенным содержанием свинца в электродах, так и дополнительными элементами их крепления.

35 а/ч

АКБ с такой емкостью устанавливаются в малолитражных автомобилях с малым количеством потребителей энергии. Установка обогрева зеркал, руля, сидений и акустики может потребовать увеличения емкости АКБ на 10-15 А*ч. Поскольку малогабаритные авто чаще используются в поездках по городу, то емкости этого АКБ достаточно для быстрого восстановления заряда, что при малом весе, около 10 килограммов, делает комфортной его эксплуатацию.

55 ампер в час

До сих пор остается одним из самых востребованных категорий стартовой батареи. Это обусловлено как большим количеством проданных ранее автомобилей, так и характеристиками, удовлетворяющими пользователей в большей части случаев. Масса АКБ относительно невелика, около 14 кг, что облегчает его демонтаж в холодное время года во избежание порчи. Вес изделия, даже заправленного электролитом, не создает нагрузок на силовые элементы корпуса автомобиля в месте крепления стартовой батареи.

60 а/ч

Самая распространенная категория АКБ. Обеспечивает пусковой ток 250-300 А в холодное время. При покупке данного типа обращайте внимание на особенности крепления — верхнее или днищевое. Юбка располагается по корпусу или только по его длинной стороне. От этого зависит возможность его точной установки. В противном случае придется изготавливать нестандартное крепление и учитывать возможности силовых элементов и вес аккумулятора.

75 ампер/час

Батареи с указанной емкостью используются с двигателями объемом до 3 л легковых автомобилей выше среднего класса.

Разрядный ток в диапазоне 650-750 А. При покупке данной категории АКБ помимо массы следует обращать внимание на габариты, которые должны позволять установку в ваше транспортное средство.

90 а/ч

Данный тип АКБ 6СТ-90 используется в транспортных средствах массой до 3,5 тонн и повышенным энергопотреблением. Наличие электрической лебедки на внедорожнике может потребовать замены стандартной заводской батареи на усиленный вариант. Обеспечивают ток разряда около 700 ампер. Средний вес устройства 25 кг и слабо зависит от типа примененного электролита — жидкость или гель.

https://youtube.com/watch?v=xJVRSu_-kQ0

190 ампер в час

Предназначены для автобусов, магистральных тягачей наподобие КАМАЗа, тракторов, строительной техники. Также могут использоваться в маломерных плавсредствах и стационарных двигательных установках для их запуска. Оценочная масса указана в таблице, однако производитель может использовать современные технические решения с целью улучшения эксплуатационных характеристик, что приводит к ее увеличению. Для повышения стойкости к ударам, тряске пластины автомобильного аккумулятора могут иметь большое количество точек крепления, что приводит к увеличению веса батареи.

225 ампер/час

Подавляющее число производится с прямой полярностью и пусковым током не ниже 1150 ампер.

Аккумуляторы такой емкости используются в транспортных средствах больших размеров:

• самосвалах;
• тяжелых машинах, седельных тягачах;
• автобусах;
• строительной технике;
• катерах, маломерных судах;
• генераторах электрического тока.

Данный тип стартовых аккумуляторов, 6СТ-225, наделен максимальной емкостью среди серийно выпускаемых устройств.

Таблица с электролитом и без

Емкость, А*ч	Масса с электролитом, кг	Сухой, без электролита
35	11,3	9,7
40	11,8	9,8
42	11,9	10,1
45	13,1	10,9
50	13,9	12,2
55	15,6	13,1
60	16,4	14,2
62	16,6	14,7
65	17,7	15,1
66	17,9	15,3
70	19,2	15,8
75	20	16,5
77	20,1	17,2
90	24,1	21,5
95	24,5	21,7
100	25,4	21,8
110	26,9	25,6
135	38,5	34,6
190	50,1	48,9
225	62,8	52,2

https://youtube.com/watch?v=ku1Dd40VS5Q

Вес аккумулятора пропорционален собственной емкости и мало зависит от использованных технологий. При одинаковых характеристиках предпочтение следует отдавать АКБ с большей массой.

Мне нравитсяНе нравится

Сколько весит автомобильный аккумулятор: таблица

Вес автомобильного аккумулятора не относится к параметрам, которые в первую очередь интересуют автомобилистов. Не смотрят на него при покупке аккумуляторной батареи, выбирая подходящие варианты по ёмкости, полярности, размерам и пусковому току. Но иногда владельцу транспортного средства требуется узнать точную массу АКБ. Например, при выполнении тюнинга автомобиля или необходимости перенести батарею на большое расстояние. Стоит узнать параметры аккумулятора перед тем, как сдать его в пункт приёма вторсырья.
Для определения массы стоит поискать информацию на наклейке с названием, маркой и характеристиками. Часть производителей указывает здесь вес аккумуляторных батарей – но только без электролита (только свинец и пластик). Хотя иногда можно увидеть значения массы с учётом заполнения электролитической жидкостью.

Факторы, влияющие на вес АКБ

Масса автомобильной АКБ зависит от разных показателей. Больше всего влияет на эту характеристику ёмкость. Производительным моделям требуется большее число пластин, поэтому активная масса оборудования тоже растёт.

Влияет на вес и производитель автомобильного аккумулятора. У ряда зарубежных фирм значение показателя может отличаться от усреднённых табличных данных. Хотя таблицы с информацией о весе АКБ всё равно нужны – их точность получается достаточно высокой.

Примерную массу аккумуляторной батареи можно узнать по типу автомобиля. Для грузового транспорта и автобусов это значение находится в пределах 20–70 кг. На легковых авто и микроавтобусах обычно устанавливают батареи весом 12-20 кг. Машины премиум-класса, спортивные автомобили и внедорожники с двигателями объёмом больше 3,5 л комплектуются аккумуляторами ёмкостью до 120 А·ч, масса которых превышает 30 кг.

Вес автомобильных аккумуляторных батарей

В большинстве случаев вес автомобильных аккумуляторов указывается на наклейке. Вы можете проверить это значение самостоятельно, взвесив АКБ на весах. Но здесь стоит учесть, что масса в данном случае указывается для сухозаряженной аккумуляторной батареи, то есть без электролита.

Ключевое влияние на вес АКБ оказывает модель и производитель. Для моделей большей ёмкости требуется много пластин и активной массы. Соответственно, увеличивается и вес батареи.

Так, для АКБ легковых автомобилей и небольшого коммерческого транспорта вес находится в интервале от 12 до 20 килограмм. Аккумуляторные батареи для грузовых авто имеют вес в интервале от 20 до 45 килограмм. Так дела обстоят для автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов. Что касается щелочных батарей, то в их случае вес рассчитывают по специальной таблице исходя из параметров конкретной модели.

Теперь, давайте, посмотрим вес аккумуляторных батарей для моделей некоторых известных марок.

Для начала рассмотрим вес АКБ, имеющих маркировку по ГОСТ 959КБ дл2002. Подробнее о маркировке автомобильных аккумуляторов.

Модель	Вес, кг
Модель	Вес, кг
6СТ-55А1	12
6СТ-55П	13
6СТ-55ТМ	14
6СТ-55	15
6СТ-55ЭМ	16
6СТ55-ПМА	13
6САМ-55	22
6СТ-60ЭМ	17
6СТ-66А1	13
6СТ-75ЭМ	22
6СТ-75ТМ	21
6СТ-77А1	15
6СТ-90ЭМ	27
6СТ-110А	22
6СТ-132П	32
6СТ-132ЭМ	40
6СТ-140А	30
6ТСТС-140А	37
6СТ-182ЭМ	55
6СТ-190А	43
6СТ-190АП	40
6СТ-190ТМ	42
6МТС-9	2,7
6МТС-9А	2,5
6СТ-60П	14
6СТ-190ТМ	42

Вес АКБ Varta для автомобиля.

Модель	Вес, кг
Модель	Вес, кг
Varta Silver	12
Varta Blue Dynamic	13
Varta Start&Stop AGM	15,7
Varta Blue Dynamic Asia	16
Varta AGM G14	22,4

Вес аккумуляторных батарей Bosch.

Модель	Вес, кг
Модель	Вес, кг
Bosch S5 110 А-ч	22
Bosch S6 AGM High Tech	18
Bosch Silver Asia	10

В заключение приводится по различным маркам АКБ.

Модель	Вес, кг
Модель	Вес, кг
FIAMM 12FLB300	27
Optima RedTop 4.2L	17
Optima RedTop 3.7L	14
Medalist Premium 220	42
Tudor Millenium 3	16
Yuasa 130F51	22
Daewoo Calcium MF220	42
Magnum Supcar	12

Сравнение массы заряжаемого и сухозаряженного источника

Сухозаряженными называют аккумуляторные батареи с отформованными на предприятии-изготовителе пластинами. После сборки такая батарея заряжается и герметично запечатывается, чтобы внутрь не попали воздух и влага. Преимуществом такого метода считается длительный эксплуатационный срок и простую транспортировку. АКБ без электролита можно хранить до 5 лет. А перевозить её допускается в любом положении.

Для определения массы источника, заполненного электролитом, требуется знать, как распределяется масса между разными частями:

1. Пластик. Занимает не самую большую часть АКБ и немного весит. Средняя доля пластиковых комплектующих (перегородок, перемычек, деталей корпуса) не превышает 5-7% от веса. Из-за этого пластик практически не учитывается при взвешивании аккумуляторной батареи в пункте приёма металлолома, куда рекомендуется отнести отработанный источник. Выбрасывать отработанные батареи не рекомендуется из-за высокой опасности их компонентов для окружающей среды.
2. Электролитическая жидкость. Её уровень можно определить по шкале из двух отметок (Min и Max), указанной на некоторых моделях батарей. Масса такого раствора серной кислоты в дистиллированной воде может достигать, в зависимости от заполнения аккумулятора, до 20% от веса заряженного источника. При взвешивании в пункте приёма батарея обычно остаётся заполненной электролитом, сливать который небезопасно.
3. Свинец и его соединения. Самая тяжёлая и ценная часть устройства. Доля свинцовых пластин в общей массе аккумулятора может достигать 73-79% от общего веса.

С учётом этой информации можно предположить, что у сухозаряженной батареи вес пластика будет в 11-15 раз меньше, чем у самого устройства. Масса электролита, который добавляют в АКБ при установке на автомобиль, примерно равна 1/4 от общего веса. Эти значения можно сравнить с реальными цифрами. У аккумулятора 6 СТ-55, на корпусе которого указано 11 кг, пластиковая часть весит около 0,8 кг, а электролит (при максимальном уровне заполнения) – 2,5 кг. Общий вес устройства – 14,3 кг, доля пластика – 5,6%, свинца – 77%, жидкости – 17,4%.

Сколько весит аккумулятор 55 а/ч

По весу аккумулятора можно судить о многом. Чем тяжелее батарея, тем больше в ней свинца и тем она качественнее. Если она мала весит, то скорее всего это подделка или совсем некачественная батарея. Поэтому важно знать усредненный вес аккумулятора на 55 Ач.

На вес батареи может повлиять 3 основных элемента:

1. Корпус. Всегда делается из прочного пластика. Его вес обычно составляет от 5% до 7% от общей массы.
2. Свинцовые пластины. Свинец в аккумуляторе на 55 а/ч занимает 75%-80% от общей массы.
3. Электролит. Химический раствор забирает оставшиеся 13-20% веса.

В зависимости от технологии и производителя аккумулятор на 55 а/ч будет весить от 13 до 16 кг. В среднем хорошая батарея весит примерно 14,6 кг. Если это сухозаряженная батарея, то она будет весить примерно на 2 кг меньше, так как поставляется без электролита.

Азиатский аккумулятор Cene с типом клемм ASIA, торчащими над корпусом

Масса АКБ в зависимости от типа

Рассчитать примерную массу электролита, пластиковых перемычек и свинцовых деталей получится только для самого популярного вида аккумуляторов – кислотно-свинцового. Определение тех же показателей у щелочных аккумуляторных батарей представляет собой более сложную задачу. Точные значения можно узнать только из технической документации.

С другой стороны, щелочные АКБ практически не применяются на автомобилях. Хотя у них есть немало преимуществ – минимальный процент саморазряда и испарения электролитической жидкости, высокое значение пускового тока. Причинами для отказа от таких источников являются их высокая цена и большие размеры.

Из чего складывается вес аккумулятора

Стандартный аккумулятор стартерного типа представляет собой конструкцию, состоящую из пластикового моноблока, в котором располагаются свинцовые пластины и электролит.

Его масса складывается из нескольких составляющих:

• пластикового корпуса;
• объема электролита;
• количества свинцового компонента, на который приходится около 60-70% веса батареи.

Оболочка

Аккумуляторный моноблок, или оболочка, — это корпус из полипропилена или эбонита, который служит резервуаром для электролитического раствора. Внутри он разделен на несколько ячеек:

• 3 — у АКБ с напряжением 6 В;
• 6 — у батарей, имеющих напряжение 12 В.

В ячейках располагаются положительные и отрицательные электроды, имеющие форму свинцовых решеток, погруженных в электролит и разделенных между собой сепараторами, предохраняющими их от соприкосновения друг с другом и возникновения короткого замыкания.

Свинец

Стартерные аккумуляторные батареи изготавливаются по различным технологиям, но наиболее распространенными являются АКБ свинцово-кислотного типа. Одним из их основных компонентов является свинец и сплавы на его основе. Этот металл подлежит вторичной переработке и применяется для изготовления пластин аккумуляторов.

Электролит

Электролитический раствор, заполняющий корпус аккумуляторной батареи, — это раствор серной кислоты, разбавленной дистиллированной водой в установленных пропорциях. В зависимости от степени ее заряженности плотность электролита может изменяться. В полностью заряженном аккумуляторе этот показатель находится в пределах 1,127-1,300 г/см³. В процессе разрядки происходит электрохимическая реакция, приводящая к расходованию серной кислоты и снижению плотности.

Плотность электролита замеряют при помощи ареометра в каждой банке батареи. Оптимально такую проверку проводить через каждые 15-20 тыс.км пробега авто.

Зависимость массы от параметров ёмкости

Проще всего определяется вес аккумуляторной батареи по её ёмкости:

• АКБ ёмкостью 35 А·ч, устанавливаемая на малолитражках отечественного и зарубежного производства, при заполнении электролитической жидкостью может весить до 10 кг;
• масса самых популярных моделей для легкового транспорта (55 и 60 А·ч) составляет 13-16 кг;
• при повышении ёмкости до 65 А·ч вес увеличивается ещё на 10%, достигая 16-18 кг – такие АКБ считаются универсальными и подойдут для любых легковых авто, включая внедорожники;
• масса модели на 75 А·ч, подходящей для автомобилей с объёмом двигателя до 2,85 л, находится в пределах 20-24 кг.

Автомобильные АКБ ёмкостью 90 А·ч, которые обычно устанавливают на грузовых авто и строительной технике, могут весить от 20 до 30 кг. К самым тяжёлым аккумуляторным батареям относят модели на 190-225 А·ч. Встретить такое оборудование можно на седельных тягачах, а его масса достигает 50-70 кг.

Вес и емкость

Чем разрядить автомобильный аккумулятор

Так как масса аккумулятора напрямую взаимосвязан с емкостью, можно проследив эту взаимосвязь, составить таблицу, в которой систематизируются эти показатели. Вес аккумулятора 55 Ач составляет от 13 до 16 кг. Это самый популярный тип батареи, он установлен на 65−70% автомобилей. Вес аккумулятора 60 Ач будет находиться в пределах 18−18 кг. Мы видим, что дополнительные 5 Ампер увеличивают массу почти на 10%.

Вес аккумулятора 75 А/ч — 24−28 кг. АКБ на 90 Ампер-часов — 27−30 кг. Они устанавливаются чаще всего на грузовую и строительную технику. Масса АКБ мощностью 190 Ампер-час — 43−45 кг. Устанавливаются они чаще всего для тяжелой строительной техники, на кораблях.

Таблица веса

Масса АКБ
Емкость	Средняя масса АКБ с электролитом	Средняя масса АКБ без электролита
35 А/ч	11,3 кг	9,7 кг
40 А/ч	11,8 кг	9,8 кг
42 А/ч	11,9 кг	10,1 кг
45 А/ч	13,1 кг	10,9 кг
50 А/ч	13,9 кг	12,2 кг
55 А/ч	15,6 кг	13,1 кг
60 А/ч	16,4 кг	14,2 кг
62 А/ч	16,6 кг	14,7 кг
65 А/ч	17,7 кг	15,1 кг
66 А/ч	17,9 кг	15,3 кг
70 А/ч	19,2 кг	15,8 кг
75 А/ч	20 кг	16,5 кг
77 А/ч	20,1 кг	17,2 кг
90 А/ч	24,1 кг	21,5 кг
95 А/ч	24,5 кг	21,7 кг
100 А/ч	25,4 кг	21,8 кг
110 А/ч	26,9 кг	26,6 кг
135 А/ч	38,5 кг	34,6 кг
190 А/ч	50,1 кг	48,9 кг
225 А/ч	62,8 кг	52,2 кг

Теперь вы знаете, как определяется масса автомобильного аккумулятора, например, сколько весит аккумулятор 55 А-час, а также полярность и пусковой ток. Это поможет в выборе оптимальной новой автомобильной батареи

Также важно помнить о правильном размере батареи, что позволит избежать ошибок при ее установке в автомобиль

Мало кто из автомобилистов, в процессе эксплуатации машины, задумывается о том, какой вес у аккумулятора, установленного под капотом транспортного средства. Даже при покупке источника питания больше интересуют другие характеристики, напрямую влияющие на качество работы ДВС и бортового электронного оборудования. К вопросу же, сколько весит аккумулятор, приходят во время тюнинга автомобиля или при попытке сдать нерабочую АКБ в пункт приема металлолома. Самый просто способ определения массы аккумулятора – взвесить его. Но есть и другие способы. В статье мы расскажем о влиянии емкости АКБ на ее вес и дадим таблицу, с помощью которой можно без труда узнать нужную информацию.

Сравнительная таблица

Для того чтобы обойтись без расчётов и взвешивания, массу автомобильных аккумуляторов можно определять с помощью специальной таблицы. В ней указаны средние показатели всех АКБ, включая вес сухозаряженного источника и заполненного электролитом. Более точные цифры для моделей популярных марок Forse, Titan, Banner и Boost – но уже с учётом их заполнения электролитической жидкостью.

Средние значения массы свинцово-кислотных АКБ.

Емкость, А·ч	Средняя масса свинцово-кислотной АКБ, кг		Вес продукции известных производителей, кг
	без электролита	с электролитом	Forse	Titan	Banner	Boost
35	8	10
40	9	11	11	11
45	10	12	12-13	12
50	11	13	13	14	12-13
55	12	15	16	14-16	14.1	13
60	13	16	16	15	17	16
65	14	17	17	16	16-17
70	15	18	17-18	17-18
75	16	19	18-20	19
90	21	23	21	22
95	21	24	25	22-23
100	22	25	24	28	23
110	26	30	28	26-28
135	34	38	39
190	48	58	52
225	51	62	60	58	62-63	60

Где найти информацию о весе аккумулятора?

Не секрет, что вес АКБ – это один из последних параметров, который автовладелец рассматривает в момент его выбора. Его больше интересует пусковой ток, емкость, размеры аккумулятора, полярность и другие параметры, но только не вес. Впрочем, во многих ситуациях знать, сколько весит ваш аккумулятор, будет совершенно не лишним. Например вы решите, что ваше авто нуждается в тюнинге. Не зная о том, сколько весит аккумуляторная батарея, вам будет довольно трудно рассчитать, какая нагрузка будет приходиться на различные конструкционные элементы, а также сделать верный выбор крепежа с целью их фиксации. Большинство аккумуляторов можно перенести с места на место вручную, но если расстояние не близкое, а вес АКБ существенный, вам для этого могут потребоваться специальные приспособления. Какие именно? Это можно будет определить, владея информацией о весе аккумулятора. Да и если не заходить далеко в дебри, знание этой информации будет полезной для общего развития и осведомленности.

Узнать вес аккумулятора можно несколькими способами.

Первый способ – посмотреть на наклейку.

Большинство производителей указывает вес непосредственно на аккумуляторе.

Второй способ – взвесить эту деталь авто на специальных весах. Однако стоит понимать, что масса аккумулятора будет указываться без электролита для сухозаряженной батареи.

Выводы

Несмотря на то, что самым точным способом узнать массу батареи будет её взвешивание, есть возможность обойтись без использования весов. Табличные данные позволяют определить примерные значения, которых достаточно для большинства ситуаций. Если средние цифры не подходят, АКБ придётся взвесить, не забывая о правилах обращения с таким оборудованием. Перемещая аккумулятор, не следует переворачивать его корпус. Не допускается попадание электролита на кожу и слизистую оболочку глаз. При случайном контакте с жидкостью следует немедленно промыть поражённый участок водой и обратиться за медицинской помощью.

https://www.youtube.com/watch?v=dxQ5ksE8nng

Вам также может быть интересно .

Аккумуляторы 0

Размер и масса батареи

Если при покупке АКБ мы можем варьировать его вес, то размер должен определяться более четко. Это продиктовано конструкцией автомобиля. Размеры аккумуляторной батареи зависят от мощности. Чем выше пусковой ток и емкость, тем больше требуется электродов и тем больше размер корпуса АКБ. Во избежание ошибки, размер новой батареи.

Существует три типоразмера АКБ: европейский, азиатский, североамериканский. Выводы АКБ первого типа отличаются тем, что они утоплены в крышке устройства, обычно такие АКБ подходят для отечественных автомобилей и автомобилей европейского производства.

Выводы АКБ азиатского типа находятся над поверхностью крышки АКБ. Такие батареи закрепляются чаще всего под капотом автомобиля. Выводы же третьего типа АКБ располагаются на боковой панели устройства и имеют внутреннюю резьбу.

Хотя масса аккумулятора не является решающим параметром при выборе оптимальной модели, все же в некоторых случаях бывает необходимо знать, сколько весит аккумулятор автомобильный. Например, бывает нужно извлечь батарею из автомобиля, когда предстоит ремонт. В этом случае вес аккумулятора поможет рассчитать нагрузку на элементы конструкции автомобиля или выбрать соответствующий фиксатор.

В большинстве случаев масса указан на наклейке, которая находится на корпусе батареи. Если вы хотите проверить правильность значения, можете самостоятельно измерить вес на весах. Также следует заметить, что вес, написанный на стикере — вес сухой батареи, то есть электролит не принимается в расчет. Разница может составить до 20%, а это существенное значение, например, при тюнинге ДВС. Модель и производитель автомобильного аккумулятора играют ключевую роль, когда дело касается веса. Модель с большей мощностью требует большего количества свинцовых пластин и электролита. Следовательно, вес таких батарей будет больше.

Масса АКБ складывается из следующих составляющих: пластиковый корпус, объем электролитической жидкости, размер и количество свинцовых пластин. Подавляющая масса батареи приходится на свинцовые пластины. Это около 80%.

Чтобы добиться определенного значения емкости производитель варьирует количество и размером пластин. Поэтому, зная данные параметры аккумулятора можно легко вычислить ее тяжесть.

Составляющие аккумулятора.

Масса заправленных аккумуляторов включает в себя сразу несколько компонентов, а именно корпус из пластика, свинцовый компонент, жидкий электролит.

И если вы решите измерить массу батареи в сборе, то допустите серьезную погрешность, ведь если вы решите в дальнейшем продать устройство перекупщику, вам нужно учесть, что приобретать будут чистый свинец, а его масса будет приблизительно на 20% меньше, чем весит батарея в сборе.

Теперь рассмотрим составляющие аккумулятора подробнее:

1. Пластик. Даже не взвешивая аккумулятор, вы сможете примерно предположить, сколько будет весить его пластиковая часть. Если вам доводилось в своей жизни держать в руках пластик (а это, пожалуй, делали абсолютно все), то вы понимаете, что этот материал является достаточно легким, а потому не слишком влияет на общую массу аккумулятора. Даже если взять во внимание не просто пластиковый корпус, но и добавить к нему все перемычки, мы получим всего 5% или 7% от итогового веса аккумулятора. Так, батарея 55 Ампер – час обладает корпусом из пластика примерно в 750 гр. Возможно, именно по этой причине большинство перекупщиков не требуют обязательно разобрать аккумулятор, так как вес пластика настолько несущественный, что не слишком повлияет на цену устройства.
2. Электролит. Электрохимическая жидкость очень важна, ведь только с ней аккумулятор сможет нормально работать, да и просто работать. Данная жидкость включает в себя серную кислоту и дистиллированную воду, и составляет, немного ни мало, от 16% до 20% массы аккумулятора (подробнее здесь). Сливать ее вам также не понадобится, да и перекупщики не станут на этом настаивать, ведь это весьма небезопасно, и в первую очередь, для окружающей среды.
3. Свинцовый компонент. Если первые два компонента в сумме дают от 20% до 25% общей массы аккумулятора, вам не составит труда даже без калькулятора рассчитать, что оставшиеся 75% или даже 80% приходятся на свинцовый компонент. Впрочем, стоит сказать, что здесь мы ведем речь уже не о чистом свинце, но также и о соединениях.

Твердополимерный электролит делает литий-ион безопасным

Поскольку разработчикам требуются меньшие, легкие и более мощные источники энергии, литий-ионные (Li-ion) батареи быстро заменили никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (NiMH) батареи. ) химия как доминирующая сила на арене высокопроизводительных перезаряжаемых батарей. Хотя до сих пор основное внимание уделялось литий-ионным батареям, в которых используется жидкий электролит, базовая конструкция этой технологии создает проблемы с точки зрения формата упаковки, размера, стоимости и безопасности.В результате было проведено много исследований по реализации технологии литий-ионных аккумуляторов на основе твердого полимерного электролита. Такие батареи доказали свою экономичность, безопасность в неблагоприятных условиях и безвредность для окружающей среды, предлагая при этом практически неограниченную гибкость конструкции и более высокую производительность.

Об обширных исследованиях, проводимых в области литий-ионных аккумуляторов, свидетельствует ряд других разработок на основе лития, которые появлялись и исчезали. В сочетании с устоявшимися и популярными батареями с жидким электролитом эти «самозванцы» оставили в наследство запутанную терминологию, которую можно быстро прояснить, лучше поняв принцип работы, особенности и преимущества твердополимерной литий-ионной технологии.

В течение следующих пяти лет, по данным Arthur D. Little Inc., доля литий-ионных аккумуляторов на рынке высокопроизводительных перезаряжаемых аккумуляторов, как ожидается, составит более 50%, в то время как доля рынка никель-кадмиевых аккумуляторов, по прогнозам, сократится до менее 10%. Почему это так? Ответ начинается с базового урока химии. Литий — это атомный номер три в периодической таблице элементов, что означает, что он имеет самый легкий вес и самую высокую плотность энергии среди всех твердых тел (выше него возвышаются только два газа, гелий и водород).В результате литий является идеальным материалом для батарей, производящих исключительно высокую энергию на единицу веса и объема (см. таблицу) . Перезаряжаемые литий-ионные батареи также желательны, потому что они имеют высокое напряжение элементарной ячейки — в диапазоне от 3,0 до 4,2 В по сравнению с 1,5 В для элементов NiCd и NiMH.

Разновидности литий-ионных аккумуляторов
В настоящее время существует два типа литий-ионных технологий, по поводу которых в отрасли существует некоторая путаница. В первом, который существует на рынке уже несколько лет, используется жидкий электролит.Второй, который сейчас начинает оказывать влияние на рынок, использует твердополимерный электролит (рис. 1) .

Эти два типа технологий имеют общую интеркаляцию, или «кресло-качалку», систему работы: ионы лития перемещаются между электродами вперед и назад по мере зарядки и разрядки аккумулятора. Аноды и катоды литий-ионных аккумуляторов изготовлены из углеродистых (на основе углерода) материалов и оксидов металлов, соответственно, со слоистой структурой, обеспечивающей повторную миграцию ионов лития (рис.2) .

Действие кресла-качалки обеспечивает литий-ионным батареям как длительный срок хранения (саморазряд составляет всего около 8% в месяц), так и длительный срок службы. При уровне емкости (С) и 100% глубине разряда твердополимерные литий-ионные аккумуляторы сохранят более 80% начальной емкости после 500 циклов. (Скорость — это время, необходимое для разрядки батареи за один час. Для элемента емкостью 800 мА·ч скорость C будет равна 800 мА.) Однако между жидким и твердым полимерным литием существуют значительные различия. ионные системы.

Жидкостные электролитные элементы
Жидкие литий-ионные элементы в настоящее время производятся в массовом порядке для использования во многих ноутбуках, видеокамерах и сотовых телефонах. Однако эта технология имеет несколько серьезных недостатков, которые препятствуют более быстрому внедрению этих батарей на рынке. Большинство из этих недостатков связаны с упаковкой, стоимостью, безопасностью и размером. Все вытекает из базовой конструкции батареи.

Упаковка: Жидкий электролит требует, чтобы жидкие литий-ионные элементы обычно упаковывались в жесткие, герметично закрытые металлические банки.Эти корпуса снижают практическую плотность энергии, особенно в больших многоэлементных блоках. По мере увеличения количества элементов в аккумуляторном блоке металлические корпуса элементов также приводят к увеличению инертного веса и объема блока. Кроме того, размещение цилиндрических элементов сбоку рядом внутри пакета создает промежутки пустого пространства между клетками, что еще больше снижает долю материала, производящего энергию, в пакете.

Стоимость: Высокая стоимость производства жидких литий-ионных аккумуляторов во многих случаях является непомерно высокой.Эта стоимость является результатом двух факторов. Процессы намотки, консервирования и герметизации сложны и дорогостоящи, а в катодах большинства жидких литий-ионных элементов используется оксид кобальта, относительно дорогой материал. Кобальт также опасен для окружающей среды.

Безопасность: Из соображений безопасности жидкостные литий-ионные аккумуляторы спроектированы так, чтобы вентилировать их автоматически при возникновении определенных неблагоприятных условий, таких как резкое повышение внутреннего давления в аккумуляторе, вызванное перегревом. Если бы ячейка не вентилировалась под экстремальным давлением, она могла бы взорваться.Проблема в том, что жидкий электролит, используемый в жидких литий-ионных элементах, чрезвычайно легко воспламеняется. Если электролит вытекает при выпуске воздуха из элемента и если внешняя среда элемента достаточно горячая, электролит может воспламениться при выпуске воздуха. Это вызывает серьезную озабоченность у инженеров-конструкторов, особенно у тех, кто занимается разработкой потребительской электроники.

Размер: Все вышеописанные недостатки перекрываются значительными ограничениями размеров литий-ионных аккумуляторов — как больших, так и малых.Из соображений безопасности, связанных с наличием жидкого электролита, жидкие литий-ионные элементы не могут быть слишком большими. Самый распространенный жидкий литий-ионный цилиндрический элемент 18650 имеет высоту всего 65 мм и диаметр 18 мм.

Однако для некоторых приложений, включая сотовые телефоны, лучше подходит одна большая ячейка (объединение нескольких ячеек в блоке снижает энергоэффективность батареи). Другие приложения, такие как электромобили, лучше всего обслуживаются рядом ячеек большого размера.

По иронии судьбы, компактность аккумуляторной батареи также ограничена ограничениями жидких литий-ионных элементов и их металлических корпусов. В настоящее время самые тонкие жидкие литий-ионные элементы имеют толщину от примерно 6 мм (призматические элементы) до примерно 14 мм (цилиндрические элементы). Это ограничивает компактность конструкций портативных электронных устройств.

Гибкость конструкции
Новейшая технология литий-ионных аккумуляторов заключается в батареях на основе твердого полимерного электролита.S. компании. Твердополимерные литий-ионные аккумуляторы обладают выдающимися характеристиками в основных областях, где жидкие литий-ионные аккумуляторы являются самыми слабыми. Ячейки предлагают практически безграничную гибкость конструкции благодаря экономичным материалам и конструкции, доказали свою безопасность в неблагоприятных условиях, значительно улучшают общую производительность и являются экологически приемлемыми.

Поскольку нет жидкости, которая должна содержаться в герметично закрытом жестком металлическом корпусе, этот новый тип батареи может быть заключен в ультратонкий ламинированный материал из фольги, который можно использовать для размещения каждой ячейки (рис.1, снова). Эта конструкция имеет ряд явных преимуществ.

Во-первых, твердополимерные литий-ионные элементы могут быть изготовлены толщиной всего 0,64 мм (25 мил), что составляет примерно одну десятую толщины самых тонких призматических жидких литий-ионных элементов. Ячейки также могут быть установлены последовательно или параллельно для формирования ультратонких батарейных блоков с широким диапазоном напряжений и емкостей. Такая гибкость конструкции позволяет инженерам получить требуемую производительность от батареи с максимально плоским профилем. Этот момент был ярко проиллюстрирован Mitsubishi Electric Corp., Токио, Япония, которая в октябре 1997 года представила самый тонкий (толщиной менее 0,75 дюйма) и самый легкий (3,1 фунта) ноутбук в мире. Компьютер питался от твердополимерной аккумуляторной батареи Ultralife толщиной 0,25 дюйма.

Кроме того, ширина и длина твердополимерных литий-ионных элементов так же гибки, как и их толщина. В результате элементы могут быть сконфигурированы практически любого размера, что делает твердополимерный литий-ион более сильным кандидатом, чем жидкий литий-ион, для электромобилей и других приложений с большими элементами.Возможны даже непрямоугольные формы. Эта уникальная гибкость размеров обеспечивает максимальную эффективность использования энергии в пределах данного отсека батареи.

Кроме того, корпус из ламинированной фольги делает твердополимерные литий-ионные элементы буквально гибкими. Это позволяет им соответствовать полостям с изогнутыми поверхностями. Кроме того, материал корпуса из фольги значительно легче металла, используемого для жидких литий-ионных элементов.

С точки зрения стоимости твердополимерная литий-ионная система также обещает значительные преимущества.Вместо относительно дорогого оксида кобальта, содержащегося в жидких литий-ионных элементах, в катодах твердополимерных литий-ионных элементов используется недорогой оксид металла. Что еще более важно, каждый компонент твердополимерного литий-ионного элемента изготавливается в виде листового проката. Этот метод обеспечивает исключительно рентабельное, высокоскоростное и крупносерийное производство аккумуляторов.

Электроды, электролит и упаковка из фольги — все на рулонах с непрерывной подачей — соединяются вместе в готовые батареи в ходе одного гладкого процесса.Для сравнения, процессы намотки и консервирования, используемые для производства жидких литий-ионных элементов, требуют много времени и средств. В конечном счете, твердополимерные литий-ионные батареи будут стоить от 1 до 2 долларов за Втч. Для сравнения, NiCd аккумуляторы с пятью десятилетиями производственных усовершенствований стоят чуть ниже $1/Втч.

Как и другие литий-ионные аккумуляторы, твердополимерные аккумуляторы требуют контроля отдельных ячеек. Аккумуляторы заряжаются при постоянном напряжении 4,2 В, при этом зарядный ток ограничен значением C (рис.3) . Зарядка прекращается, когда зарядный ток падает до значения C/10 (80 мА для элемента емкостью 800 мА·ч). Диапазон температур для зарядки составляет от 0° до 45°C. Как видно из таблицы, плотность энергии твердополимерных аккумуляторов колеблется от 115 до 150 Вт·ч/кг по сравнению с 70–110 Вт·ч/кг для литий-ионных аккумуляторов с жидким электролитом. Кроме того, твердополимерные аккумуляторы можно перезаряжать более 500 раз и без проблем заряжать в течение часа.

Проблемы безопасности
Поскольку электролит не может протекать, твердополимерный литий-ионный элемент по своей природе безопаснее, чем жидкий литий-ионный элемент.Вентиляция просто не проблема. Кроме того, твердый электролит, пластиковый компаунд, представляет собой нелетучий материал, способный выдержать строгие испытания на безопасность, в том числе:

Давление: В ходе электрических испытаний ячейки были подвергнуты давлению до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Признаков замыкания электрода не наблюдалось.

Короткое замыкание: Произошло короткое замыкание твердополимерного литий-ионного аккумуляторного блока большой емкости с максимальным током 85 А. Внешняя температура аккумулятора увеличилась всего на несколько градусов, и аккумулятор смог принять последующая зарядка без каких-либо побочных эффектов.

Перезаряд/переразряд: Твердополимерные элементы перезаряжались до 20 В со скоростью до 3°С и перезаряжались со скоростью до 3°С. Ячейки перестали функционировать, но не произошло возгорания или какой-либо другой опасности.

Проникновение: Гвоздь пробил центр твердополимерного литий-ионного аккумулятора большой емкости во время разряда. Выходное напряжение ненадолго упало, и во время этого конкретного цикла разрядки было достигнуто только 60% емкости батареи.Однако при последующем цикле перезарядки/разрядки батарея восстановилась до 95% первоначальной емкости.

Эти важные факторы безопасности позволили некоторым твердополимерным перезаряжаемым батареям соответствовать стандартам безопасности Японской ассоциации аккумуляторных батарей, Международной электрохимической комиссии, Канадской ассоциации стандартов и Underwriters Laboratories. Это делает твердополимерные литий-ионные аккумуляторы особенно привлекательными для производителей портативной бытовой электроники, такой как сотовые телефоны и ноутбуки.Кроме того, поскольку данные испытаний указывают на высокую степень безопасности в многоэлементных аккумуляторных батареях с широким диапазоном емкости, а также в отдельных элементах, эта технология вызывает интерес у производителей электромобилей и других разработчиков крупных аккумуляторов.

Наконец, помимо других преимуществ, твердополимерная литий-ионная система более экологична, чем другие батареи, особенно батареи на основе никеля. Используемые материалы, в том числе оксид металла в катоде, являются безопасными.В результате твердополимерные аккумуляторы не требуют специального обращения и не подпадают под действие каких-либо правил транспортировки или утилизации.

Литий-металлическая путаница
Частично путаница в отрасли по поводу различных типов перезаряжаемых батарей на основе лития может быть связана с перезаряжаемой литий-металлической (Li-металлической) технологией, которая изо всех сил пыталась добиться коммерческого признания. Перезаряжаемый литий-металл — своего рода «Святой Грааль», потому что он предлагает чрезвычайно высокий потенциал плотности энергии — теоретически около 150 Втч/кг или более 300 Втч/л.Но в то время как металлический литий очень хорошо работает в первичных батареях, действительно жизнеспособная перезаряжаемая литий-металлическая технология была неуловимой.

Одна из основных проблем заключается в том, что литий в своей металлической форме обладает высокой реакционной способностью. Таким образом, он представляет уникальные трудности в перезаряжаемых конфигурациях. Повторяющиеся циклы заряда/разряда могут вызвать образование неровностей на поверхности литиевого электрода. Эти неправильные структуры, известные как дендриты, могут разрастаться до такой степени, что проникают через разделитель между положительным и отрицательным электродами и создают внутреннее короткое замыкание.В лучшем случае это явление сокращает срок службы перезаряжаемой литий-металлической батареи до 150 циклов или менее. В худшем случае внутреннее короткое замыкание может привести к тому, что внутренняя температура батареи превысит температуру плавления лития (181°C), что может привести к сильному воспламенению.

Практически невозможно защитить перезаряжаемые литий-металлические батареи от возможного катастрофического выхода из строя в крайне неблагоприятных условиях. Без надлежащих мер безопасности перезаряжаемые литий-металлические батареи представляют собой предметы высокого риска, особенно для потребительских товаров.

Хотя еще есть один или два производителя, предлагающих перезаряжаемые литий-металлические элементы, трудно представить себе компанию по производству потребительских товаров, которая рискнула бы с ними. Использование перезаряжаемых литий-металлических элементов, если они вообще добьются коммерческого успеха, скорее всего, будет ограничено специализированными военными и промышленными приложениями.

Другой термин, литий-полимерный, связан с разрабатываемой литий-металлической системой, которая к середине 1990-х годов оказалась нежизнеспособной. Следует подчеркнуть, что это была литий-металлическая батарея.Некоторые неправильно использовали термин «литий-полимерный» для описания твердополимерных литий-ионных аккумуляторов. Компания, которая впервые рекламировала литий-полимерный аккумулятор, давно отказалась от этой идеи и переключила свое внимание на литий-ионную технологию, аналогичную твердополимерной перезаряжаемой батарее.

Твердополимерные литий-ионные аккумуляторы, передовые технологии перезаряжаемых аккумуляторов, предлагают наилучшее сочетание гибкости конструкции, производительности, стоимости и безопасности, требуемое для приложений потребительской электроники с самыми большими объемами.Следующие вопросы, на которые еще предстоит ответить: как скоро эти батареи достигнут массового производства и сколько энергии может быть упаковано в ячейку?

Чтобы ответить на первый вопрос, некоторые компании рассчитывают увеличить объем автоматизированного производства в 1998 году. На второй вопрос: проводятся многочисленные исследования по улучшению проводимости материалов с твердым электролитом, и тщательно изучаются альтернативные материалы для электродов. Кроме того, производители интегральных схем разрабатывают новые микросхемы для управления батареями, которые постоянно совершенствуют точный контроль каждой ячейки, необходимый для литий-ионных батарей.Благодаря этим усилиям и неизбежному массовому производству твердополимерные литий-ионные технологии готовы стать доминирующей силой на арене высокопроизводительных перезаряжаемых аккумуляторов.

Разница между литий-ионными и литий-полимерными батареями

Литий-ионная полимерная (LiPo) батарея (также известная как Li-poly, Li-poly, PLiON и другие названия) представляет собой перезаряжаемую литий-ионную батарею с полимерным электролит в жидком электролите, используемом в обычных литий-ионных аккумуляторах. Доступны различные химические вещества LiPo.Все они используют гелевый полимер с высокой проводимостью в качестве электролита. LiPo обеспечивают более высокую удельную энергию, чем другие литиевые батареи, часто используемые в системах, где важным фактором является вес, таких как мобильные устройства, дроны и некоторые электромобили. Этот FAQ начинается с общего сравнения литий-ионных и LiPo аккумуляторов, за которым следует подробный обзор шести основных химических элементов литиевых аккумуляторов, наиболее подходящих для использования в LiPo аккумуляторах. Он завершается взглядом в будущее и возможной разработкой алюминиево-воздушных полимерных батарей и твердотельных батарей.

Все литиевые батареи имеют барьер, разделяющий анод и катод, а также обеспечивающий движение ионов между электродами. В LiPo полимерный сепаратор также содержит электролит. Кроме того, полимерные сепараторы могут выполнять дополнительную функцию, действуя как «сепараторы отключения», которые могут отключать батарею, если она становится слишком горячей во время зарядки или разрядки. Сепараторы отключения представляют собой многослойные конструкции, по крайней мере, с одним полиэтиленовым слоем, который может остановить ток, когда температура становится слишком высокой, и по крайней мере с одним полипропиленовым слоем, который действует как форма механической поддержки сепаратора.

Интеркаляция и декаляция ионов лития с положительного электрода и отрицательного электрода. За исключением полимерного сепаратора, LiPos работают по тому же принципу, что и Li-ion. Однако упакованы они совершенно по-разному.

Li-ion

обычно поставляется в корпусе из нержавеющей стали или алюминия. Корпус чаще всего цилиндрический, но может быть пуговичным или прямоугольным (призматический). Корпус относительно дорог в производстве и, как правило, ограничивает доступные размеры и формы.Но он также надежен, помогая защитить аккумулятор от повреждений. Корпус герметизирован методом лазерной сварки.

Конструкция литий-ионного аккумулятора относительно сложна и состоит из большого количества компонентов. (Изображение: TechSci Research)

LiPos упакованы в «мешочек» из алюминиевой фольги и называются мягкими или мешочными элементами. Пакет в основном призматический, его легче изготовить, и он дешевле, чем корпуса литий-ионных аккумуляторов из нержавеющей стали или алюминия. Этот тип конструкции также позволяет производить батареи с различными индивидуальными конфигурациями.Другие компоненты LiPos включают в себя тонкие слои (<100 мкм), которые можно производить серийно по относительно низкой цене. Замена мешочка из фольги на металл может привести к высокой плотности энергии и легкости батарей. Могут быть достигнуты как большие форматы, так и высота менее 1 мм, но ячейки требуют осторожного механического обращения.

Конструкция чехла для литий-полимерного аккумулятора. (Изображение: Jauch)

Использование LiPos сопряжено со многими из тех же проблем, с которыми приходится сталкиваться пользователям Li-ion, включая перезарядку, чрезмерную разрядку, перегрев и внутренние короткие замыкания.Кроме того, раздавливание или проникновение гвоздя в пакет LiPo может привести к катастрофическим отказам, начиная от разрыва пакета и заканчивая утечкой электролита и возгоранием.

Как и литий-ионные, LiPo могут расширяться при высоких уровнях перезарядки из-за испарения электролита. Испарение электролита может привести к расслаиванию, ухудшению контакта между внутренними слоями элемента, снижению надежности и срока службы. Это расширение может быть особенно заметным для LiPo аккумуляторов, которые могут буквально раздуваться.Это также может привести к структурным повреждениям хост-системы.

В таблице ниже сравниваются напряжения и типичные области применения шести основных химических элементов литиевых батарей. Другие характеристики этих батарей включают в себя:

• LCO – 200 Вт⋅ч/кг, обеспечивают высокую мощность, но с относительно коротким сроком службы, низкой номинальной мощностью и низкой термической стабильностью.
• LFP – 120 Втч/кг, имеют длительный срок службы и стабильность при высоких рабочих температурах.
• LMO – 140 Втч/кг, катоды основаны на компонентах оксида марганца, которые широко распространены, недороги, нетоксичны и обеспечивают хорошую термическую стабильность.
• NCA – 250 Втч/кг, обеспечивает высокую удельную энергию и длительный срок службы.
• NMC – 200 Втч/кг, изменение пропорций химических компонентов позволяет разрабатывать батареи, оптимизированные как силовые или энергетические элементы. Благодаря своей гибкости это одна из самых успешных химических систем для литиевых батарей.
• LTO — 80 Втч/кг, самая низкая удельная энергия, но может быть быстро заряжена, разряжена до 10-кратной номинальной емкости и безопасна.

Сравнение напряжений литиевых батарей и приложений. (Изображение: TechSci Research)

Обратите внимание, что батареи NMC, LCO и NCA содержат кобальт, который обеспечивает более высокую мощность. Они могут обеспечить большое количество энергии в небольшом корпусе, но могут быть более чувствительными к тепловым явлениям, которые могут вызвать проблемы с безопасностью.

На следующем рисунке представлены диаграммы пауков, сравнивающие основные типы литиевых аккумуляторов на основе их пригодности для использования в электромобилях (EV). На этих диаграммах паука батареи, которые лучше подходят для электромобилей, имеют большую окрашенную область. Учитываемыми факторами являются удельная энергия, удельная мощность, безопасность, производительность, срок службы и стоимость. Удельная энергия в Втч/кг относится к диапазону EV. Удельная мощность в Вт/кг относится к ускорению электромобиля. В частности, в случае электромобилей безопасность является критически важным фактором.Параметр «Производительность» отражает возможность использования аккумулятора в экстремальных температурных условиях, что также является важным фактором в автомобильных приложениях. Life Span – это сочетание цикличности жизни и долговечности. Стоимость пытается охватить все сопутствующие расходы, включая вспомогательные системы для управления температурным режимом, безопасностью, управлением батареями и мониторингом, а также необходимость продления гарантийного срока для электромобилей.

Сравнение производительности различных литий-ионных химикатов для измерения пригодности для использования в электромобилях.(Изображение: МДПИ)

LiPo химические вещества

Полимерный электролит обеспечивает несколько улучшений производительности, включая высокую плотность энергии и легкий вес батарей. В зависимости от структуры полимерных слоев это также может повысить безопасность батареи. По сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами, LiPo-аккумуляторы могут изготавливаться с более широким диапазоном удельной плотности энергии (Втч/кг) и удельной плотности мощности (Вт/кг), что делает LiPo-аккумуляторы более гибкими в более широком диапазоне потенциальных применений.В результате технология LiPo используется во всех основных химических элементах литиевых аккумуляторов:

• Литий-кобальт-оксидная батарея (LCO)
• Тройная литий-ионная батарея (NCA, NMC)
• Литий-ионная батарея на оксиде марганца (LMO)
• Литий-железо-фосфатная батарея (LFP)

График Рагона для сравнения Li-ion, LiPo (PLiON) и других аккумуляторов. (Изображение: МДПИ)

Алюминиево-воздушные и твердополимерные батареи

Алюминиево-воздушные полимерные батареи находятся в активной разработке.Эти конструкции с высокой плотностью энергии имеют полимерный сепаратор, непосредственно контактирующий с литиевым анодом, чтобы отделить его от катода. Как и в других полимерных батареях, сепаратор предотвращает короткое замыкание в батарее и поглощает жидкий электролит, поддерживая перенос ионов и замыкая электрическую цепь.

К сожалению, литиевый анод может образовывать дендриты во время циклов работы батареи. Эти дендриты могут проникать в полимерный сепаратор и укорачивать батарею. Разрабатываются модифицированные сепараторы, включающие слои оксида графена.Оксид графена защищает анод от загрязнений и предотвращает химические колебания на поверхности литиевого анода. Оксид графена работает вместе с полимерным слоем, чтобы предотвратить прямой контакт между электролитом и литиевым анодом без значительного снижения ионной проводимости. Эта комбинированная структура замедляет коррозию электролита на аноде. Есть надежда, что в будущем использование двух типов слоев для стабилизации литиевого анода приведет к созданию аккумуляторов с очень высокой плотностью энергии и приемлемым сроком службы.

Ячейки с настоящими твердыми полимерными электролитами (ТФЭ) вместо современных гелеобразных мембран также находятся в стадии разработки. Сегодняшние элементы LiPo считаются «гибридной» системой между обычным литий-ионным и полностью твердотельным литий-ионным аккумулятором. Гелевые мембраны представляют собой гибридные системы, в которых жидкие фазы содержатся в полимерной матрице. Хотя они могут быть сухими на ощупь, они могут содержать до 50% жидких растворителей. Современные системы также называются системами с гибридным полимерным электролитом (HPE), в которых сочетаются полимерный материал, жидкий растворитель и соль.В настоящее время разрабатываются ТФЭ, которые представляют собой полностью не содержащие растворителей системы в полимерной среде.

В новой твердотельной структуре также могут использоваться недорогие катоды с высокой удельной энергией, преобразующие энергию, которые несовместимы с жидкостными аккумуляторами, такими как литий-ионные. Одним из примеров является запатентованный сульфидный твердый электролит, который поддерживает высокое содержание кремния и металлического лития в аноде в сочетании со стандартными промышленными катодами, включая оксиды лития, никеля, марганца, кобальта (NMC).Новые катоды можно комбинировать с металлическим литием для удаления кобальта и никеля, что может снизить затраты на катодный активный материал на 90%.

Дорожная карта разработки твердотельных аккумуляторов удаляет кобальт и никель из катода (крайний справа). (Изображение: Solid Power)

Было произведено

твердотельных элемента емкостью 2 Ач с использованием стандартного литий-ионного оборудования и процессов. Ожидается, что коммерческое производство элемента с кремниевым анодом емкостью 20 Ач ожидается к концу 2021 года, а производство 100 Ач ожидается в 2022 году.

Резюме

LiPos предлагает несколько улучшений производительности по сравнению с ионно-литиевыми батареями, включая более высокую плотность энергии и более легкие батареи. Кроме того, LiPo могут производиться в самых разных формах и размерах. Однако современные LiPo используют гелеобразные мембраны, а не полностью твердые полимерные электролиты (ТФЭ). SPE находятся в стадии разработки и могут расширить преимущества LiPo в производительности в определенных приложениях. Алюминиево-воздушные полимерные батареи обладают потенциалом очень высокой плотности энергии (что приводит к увеличению пробега электромобилей) и хорошим сроком службы.Полностью твердотельные литиевые батареи большого формата появятся на горизонте в 2021 году.

Каталожные номера

Текущие технологии литий-ионных аккумуляторов в электромобилях и возможности для развития, MDPI
Различные типы литий-полимерных аккумуляторов, Grepow
Введение в технологию литий-полимерных аккумуляторов, Jauch
Литий-полимерные аккумуляторы, Википедия
Производство литий-ионных аккумуляторов, TechSci Research
Типы литий-ионных аккумуляторов Университет

 

Заголовок здесь

%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток приложение/pdf

skessler

Название идет здесь

2014-05-23T13:23:32-04:00Microsoft® Word 20102022-02-12T15:11:53-08:002022-02-12T15:11:53-08:00iText 4.2.0 от 1T3XTuuid:f129c87b-0ff1- 4e0e-9d96-57c9565b8efduuid:8b94eca3-9d6a-11b2-0a00-80ee7cbeff7fStampPDF Пакет 5.1 27 января 2010 г., 9.0.1 конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток xXn0−ԵgP>ECb*T6>38M>R(M8*C?bnwO5~Oʈօ ?Юк{q`UR`4dV BΧΠ:3vwu͝ :AED)x3\}CnPg4yXzXAX’ Cgs=eve˹_#ŏf?Defb3UJyU9`\̩xe5){E7R=5″A^2F^KAHAQQFHw)Z_`ysbxD|lxtreme|TFurZN ^{\\7 >kʵJ\{{XlQn&@e *’R=i/cf້^®,@%,c2$!IkQX*F[ăbpw_RR− WjŬT&t TjyQj*]J۵ijl6+Z^qҾa&KnRJmpqMԤ_j֓t r>0 u люкс W˦S%»

AlCl3, полученный по новой масштабируемой методике, не содержащей растворителей

Abstract

Полимерные гелеобразные электролиты были приготовлены с полиэтиленоксидом (PEO) и глубокой эвтектической смесью AlCl ₃ : мочевина (уралюминий) ), жидкий электролит, который оказался отличной средой для электроосаждения алюминия.Полимерные гелевые электролиты получают путем смешивания ПЭО с жидким электролитом при температуре > 65 °C, что соответствует температуре плавления ПЭО. Эта процедура занимает несколько минут и не требует последующих стадий испарения, поскольку она не содержит растворителей и, следовательно, является более устойчивой процедурой по сравнению с процедурами, опосредованными растворителями. Отсутствие вспомогательных растворителей и стадий выпаривания делает их приготовление высоко воспроизводимым и легко масштабируемым. ПЭО возрастающей молекулярной массы (Mw = 1×10 ⁵ , 9×10 ⁵ , 50×10 ⁵ и 80×10 ⁵ г моль ⁻¹ ), в том числе сверхвысокомолекулярного (UHMW) полимер.Из-за сильного взаимодействия между ПЭО сверхвысокой молекулярной массы и уралюминием самостоятельные гели могут быть получены с использованием всего лишь 2,5 мас.% ПЭО. Эти самостоятельные полимерные гели сохраняют способность к электроосаждению и зачистке алюминия и, как видно, удерживают значительную часть тока, обеспечиваемого жидким электролитом. Реология и электрохимия их гелей стабильны в течение нескольких месяцев при хранении в инертной атмосфере, а их чувствительность к влаге значительно ниже, чем у жидкого уралалюминия, что повышает их устойчивость при случайном контакте с воздухом, а значит, и безопасность.Эти полимерные гели являются прочными и термопластичными, что позволяет их обрабатывать и формовать в различные формы, а также их перерабатывать и перерабатывать. Их термопластичность также позволяет готовить концентрированные смеси (маточная смесь) для апостериорного разбавления или добавления добавок. Они эластомерные (резиновые) и очень липкие, что делает их очень прочными, легкими в обращении и самовосстанавливающимися.

Ключевые слова: полимерные гелевые электролиты, глубокий эвтектический растворитель, алюминиевые вторичные батареи, самовосстановление, процедура без растворителя, термопласт

1.Введение

Системы накопления энергии, такие как аккумуляторы, стали стратегическим рынком в нынешнем беспроводном и гиперсвязном обществе, а также являются основой процесса обезуглероживания. Согласно расчетам, спрос на батареи удваивается каждые пять лет. Например, потребность в энергии литий-ионных аккумуляторов, наиболее зрелой технологии, выросла с 22 ГВтч в 2010 году до общего ожидаемого спроса в 390 ГВтч в 2030 году [1]. Массовое производство литиевых аккумуляторов, по-видимому, приведет к нехватке сырья, необходимого для производства этих аккумуляторов.Одной из альтернатив преодоления такого сценария является разработка аккумуляторов с использованием более доступного сырья.

Алюминиевые вторичные батареи могут иметь более высокую объемную емкость, чем литиевые (например, в металло-воздушных батареях ~2000 мАч см ^-3 из лития и ~8000 мАч см ^-3 из алюминия), а исходный материал лучше распределение и содержание в земной коре (менее 0,01 % против 8 % содержания в земной коре для Li и Al соответственно) [2].Вторичные батареи на основе алюминия в настоящее время являются одной из наиболее привлекательных альтернатив для хранения энергии. Эта батарея требует использования неводных электролитов для зачистки алюминия и покрытия анода. Однако, в отличие от литий-ионных аккумуляторов, существует очень мало неводных жидких электролитов, где было продемонстрировано снятие и покрытие алюминия (Al) [3,4,5]. А именно, смесь солей хлорида имидазолия (EMImCl) и хлорида алюминия (AlCl ₃ ), растворители глубокой эвтектики (DES) мочевина/AlCl ₃ и ацетамид/AlCl ₃ и Et ₃ NHCl /AlCl ₃ [6].В этих электролитах DES образуются частицы Al, способные к электроосаждению. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, например, мочевина/AlCl ₃ нетоксична, а ацетамид/AlCl ₃ обладает большей проводимостью. Преимущество обоих DES состоит в том, что они дешевле и проще в производстве, чем EMImCl/AlCl ₃ , и кажутся очень интересным выбором из-за их широкого потенциального диапазона и высокой ионной силы для окислительно-восстановительной химии металлов [6,7].

Превращение обычных жидких электролитов в твердые является общей задачей для всех металлических вторичных батарей, главным образом потому, что они намного безопаснее, а также потому, что они допускают более гибкую геометрию и более легкие устройства.Безопасность батареи значительно повышается при использовании твердых электролитов, поскольку они предотвращают утечку токсичных или агрессивных жидкостей, а также уменьшают или даже устраняют рост дендритов восстановленного металла на аноде и последующие короткие замыкания. В случае литий-ионных аккумуляторов, которые являются наиболее зрелыми среди полностью твердотельных аккумуляторных технологий и источником вдохновения для новейших технологий, пористые полимерные сепараторы, плотные полимерные гелевые электролиты и неорганические электролиты являются наиболее изученными подходами [8,9]. ,10,11].У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, но, вероятно, наиболее сбалансированным подходом является использование полимерных гелевых электролитов (PGE) из-за сочетания высокой ионной проводимости, уменьшения роста дендритов, устранения утечек и механической прочности.

Насколько нам известно, на сегодняшний день существует только одна процедура, позволяющая производить полимерные гелевые электролиты, подходящие для алюминиевых вторичных батарей [9,10,11,12]. В этой процедуре комплекс акриламид-AlCl ₃ растворяют в дихлорметане, где он полимеризуется в присутствии ионного жидкого электролита хлорида 1-этил-3-метилимидазолия (EMImCl) и AlCl ₃ (EMImCl: AlCl _{). 3} , 1:1.5, в молярном соотношении). Раствор заливают и оставляют на ночь для высыхания при 60°С. Эти авторы исследовали электролиты с различным соотношением полимеров и пришли к выводу, что электролиты с более высокой долей жидкого электролита (80 мас.%) являются многообещающими алюминиевыми электролитами, что позволяет удалять и наносить покрытие из алюминия. Другие авторы [13,14] повторили точную процедуру [12], в одном случае для приготовления электролитов, содержащих 80 мас.% того же ЭМИЦl:AlCl ₃ , а в другом — ионную жидкость комнатной температуры, образованную с триэтиламмоний хлоридом. (Et ₃ NHCl) и AlCl ₃ (Et ₃ NHCl: AlCl ₃ 1:1.молярное соотношение 6). Все эти электролиты считались твердыми, однако никаких реологических измерений или качественных характеристик твердого состояния, например, с использованием хорошо известного теста в перевернутой трубке, не проводилось.

Процедура полимеризации in situ включает использование растворителя для отливки гелевых мембран. Устойчивость и масштабируемость требуют максимально возможного отказа от вспомогательных растворителей. Полное избавление от растворителя — непростая задача, часто включающая этапы нагревания, которые делают литье из растворителя громоздким и лишенным воспроизводимости, характерной для процессов без растворителей, а также усложняют промышленное масштабирование и массовое производство.Кроме того, выбор растворителя для литья мембран в случае алюминиевых электролитов отнюдь не однозначен, так как в них присутствуют сильно взаимодействующие сильные кислоты Льюиса, а именно AlCl ₃ или Al ₂ Cl ₇ ⁻ , полученный в присутствии избытка AlCl ₃ . На самом деле, электрохимическая активность алюминиевых электролитов (в частности, EMImCl/AlCl ₃ ) снижается при разбавлении такими растворителями, как ацетон, ацетонитрил или ТГФ, все они несут неподеленные электронные пары [12].

Это уменьшение происходит из-за сильного взаимодействия между электронодефицитными частицами AlCl ₃ и Al ₂ Cl ₇ ⁻ , присутствующими в алюминиевых электролитах, и неподеленной парой электронов в молекулах этих растворителей. Следует принять во внимание, что Al ₂ Cl ₇ ⁻ вместе с катионными частицами [AlCl ₂ мочевина ₂ ] ⁺ [15] были предложены как непосредственно связанные с электроосаждением. Al в мочевине: AlCl ₃ электролитах.

Реакция на отрицательном электроде:

4Al2Cl7-+3e-↔Al+7AlCl4-

Реакция на отрицательном электроде:

2[AlCl2urea2]+-3e-→Al+AlCl4-+4мочевина

По этой причине используемый растворитель в [12] – дихлорметан, не влияющий на электроактивность алюминиевого жидкого электролита. Вредное взаимодействие молекул, несущих неподеленные пары электронов, с алюминиевыми электролитами привело к тому, что научное сообщество исключило использование многих хорошо известных полимеров в области твердых электролитов для приготовления гелеобразных алюминиевых электролитов.Сюда входят, например, полиэтиленоксид (ПЭО), полиметилметакрилат (ПММА) или полиакрилонитрил (ПАН) [11,12,13,14]. Это мнение подтверждается экспериментами, показывающими, что электролиты на основе ПЭО [9] не способны выдерживать гальваническое покрытие алюминия [16]. Некоторое гальванопокрытие наблюдается в электролитах, приготовленных с ПВДФ [9], но ток, безусловно, очень низкий. Следовательно, по-видимому, следует пренебречь использованием обычных коммерческих полимеров, что является недостатком, поскольку, учитывая их растворимость в жидких электролитах Al и сильное взаимодействие между этими полимерами и частицами в электролите, весьма вероятно, что полимерные гели могут быть получены без вспомогательных растворителей.

Чем больше молекулярная масса полимера, тем меньше мас. %, необходимое для получения сетки полимерного геля, и это было тщательно изучено, например, с гидрогелями ПЭО [17], где было показано, как с 4 × 10 ⁶ г моль ⁻¹ ПЭО в водном растворе гидрогель становится полуразбавленной сеткой при содержании 0,63 мас. % ПЭО и концентрированной сеткой при содержании 7 мас. %. На самом деле, наша исследовательская группа использовала эту стратегию, использование ПЭО сверхвысокой молекулярной массы в низкой массовой доле, для приготовления термопластичных электролитов для литиевых батарей [18,19,20,21] путем компаундирования расплава и использования органоглин в качестве физических сшивающих агентов.Наша гипотеза состоит в том, что можно производить гелевые электролиты с алюминий-ионными жидкостями и ПЭО сверхвысокой молекулярной массы, которые сохранят электроактивность жидкого электролита в высокой степени, используя при этом не содержащие растворителей и масштабируемые процедуры. В качестве жидкого электролита мы выбрали глубокий эвтектический растворитель, образованный мочевиной: AlCl ₃ (далее уралюминий), который, как было показано, является отличной средой для электроосаждения алюминия [7].

2. Экспериментальный

2.1. Материалы

Для приготовления электролитов ПЭО с молекулярными массами Mw = 1 × 10 ⁵ , 9 × 10 ⁵ , 50 × 10 ⁵ и 80 × 10 ⁵ г моль 90 Использовали Sigma-Aldrich (Миссури, США). Урал150 (U150) и урал135 (U135), приготовленные из AlCl ₃ :мочевина при молярном соотношении 1,50:1 и 1,35:1 соответственно, были получены от Scionix Ltd. (Лондон, Великобритания). Urallumina очень чувствительна к влажности, быстро образуя HCl на открытом воздухе.Все материалы использовались в том виде, в каком они были получены.

2.2. Процедура подготовки

Схема 1 иллюстрирует процедуру подготовки. Уралалюминий помещали в стеклянный стакан поверх нагревательной пластины внутри перчаточного бокса в атмосфере аргона ([O ₂ ] < 1 м.д., [H ₂ O] < 1 м.д.). Поэтапно добавляли ПЭО в виде порошка и смесь перемешивали, пока температура не повысилась до 70°С. Когда температура приблизилась к 60 °C, изменения вязкости выявили плавление и смешивание ПЭО, и образовался ЭПГ.Если его вручную перемешать стеклянной палочкой, можно легко почувствовать увеличение вязкости. показаны электролиты, изученные в данной работе. Добавленный вес.% ПЭО варьировался от 0,7 до 5 вес.%.

Таблица 1

Номенклатура и состав приготовленных электролитов, их классификация по трем реологическим группам, описанным в тексте, видеоролики, иллюстрирующие их реологию, эластомерный и липкий характер, а также ионную проводимость при 25 °C.

2.3. Характеристика

ИК-Фурье-спектроскопия была использована для изучения структуры конечного PGE, включая изменение конформационной структуры PEO в PGE.Электролиты помещали между окнами из ZnSe толщиной 2 мм внутри перчаточного ящика, и их ИК-спектр регистрировали с использованием FT-IR Perkin-Elmer Spectrum-One с 10 сканами и разрешением 4 см ^-1 . Таким же образом регистрировали ИК-Фурье-спектрометрию чистого урала алюминия.

Реологические и механические свойства . Из-за чувствительности Al-содержащих электролитов к влаге их реологию исследовали в перчаточном боксе. Для их характеристики использовались две простые процедуры: тест переворачивания трубки, очень часто используемый в гелях [22], и тест на растяжение.Для теста с переворачиванием пробирки количество каждого PGE помещали в стакан или флакон, который затем полностью переворачивали. С помощью видеокамеры за образцом наблюдали в течение промежутков времени от нескольких минут до часов. В зависимости от результатов испытания на переворачивание пробирки электролиты были разделены на три группы с различными реологическими свойствами. Электролиты группы 1 текли, как только флакон был перевернут, и считались жидкостями. На другом конце шкалы электролиты группы 3 не текли даже через несколько дней.Промежуточное поведение показали некоторые электролиты, которые не стекали при переворачивании трубки, а сползали по стенкам трубки в течение от нескольких десятков минут до нескольких часов. Эти электролиты были отнесены к группе 2. В столбце 4 полученные ЭПГ отнесены к одной из этих трех групп.

Гелевые электролиты Группы 2 и Группы 3 показали явные эластомерные свойства, и фактически при обращении электролиты Группы 3 вели себя как резина. Это были очень липкие материалы, они прилипали к себе и к другим поверхностям.Благодаря их липким свойствам их эластомерный характер был охарактеризован внутри перчаточного бокса путем испытания на растяжение с помощью стеклянной палочки, а их поведение было зафиксировано с помощью видеокамеры. QR-коды, показывающие видео большинства PGE, представлены в столбце 5 файла .

Для проверки стабильности реологии ЭПГ в большинстве ЭПГ, представленных в , как испытание на переворачивание трубки, так и испытание на растяжение повторяли через несколько дней их приготовления, а в некоторых случаях даже через несколько месяцев.

Электрохимия. Для проведения измерений вне перчаточного бокса изготовленную в лаборатории ячейку, заполненную ПГЕ, поместили в стеклянный ресивер и запаяли. Крышка реципиента была соединена проволокой, и каждый электрод был подключен перед закрытием изолирующей оболочки. Затем всю установку вынимали из бардачка для оценки электрохимических свойств. Их оценивали в потенциостате/гальваностате Autolab PGSTAT 302. Алюминиевая фольга высокой чистоты (99,9999% Goodfellow, Хантингдон, Великобритания) использовалась для обоих электродов (рабочего и противоэлектрода) в самодельной электрохимической ячейке.Все алюминиевые электроды были разрезаны (0,85 см ² ), а затем очищены в 10 М растворе КОН, промыты деионизированной водой и высушены перед всеми измерениями. Толщина электролитов в ячейке составляла около 2 мм. Измерения импеданса проводились при амплитуде 20 мВ от 10 ⁶ до 1000 Гц. Проводимость была получена из эквивалентной схемы, полученной после корректировки диаграммы Найквиста. Для вольтамперометрии использовались те же электрохимические ячейки с третьим электродом в качестве псевдоэталона, из того же алюминия и с той же обработкой, что и другие.Циклическую вольтамперометрию (CV) проводили в диапазоне от -1,5 В до 1,5 В относительно Al/Al ³⁺ при 20 мВ с ^-1 в течение примерно 100 циклов. Примерно через 20 циклов был достигнут установившийся ток, как показано на рис. S1a–c в дополнительной информации. В некоторых случаях циклическую вольтамперограмму записывали через несколько месяцев, чтобы оценить стабильность электролитов.

3. Результаты и обсуждение

Хотя на сегодняшний день единственным известным методом приготовления полимерных гелей с алюминиевыми жидкими электролитами была полимеризация акриламида in situ [12], также сообщалось, что ПЭО умеренно растворим в других ДЭС [23]. .По сравнению с полимеризацией на месте простое растворение полимера в жидком электролите было намного проще, более воспроизводимо и масштабируемо.

Первоначально безуспешно пытались растворить при комнатной температуре ПЭО 9 × 10 ⁵ г моль ^-1 . Поскольку ПЭО является полукристаллическим, а кристаллические домены набухают тяжелее, чем аморфные, для растворения полимера требовалось поднять температуру до 70 °С, т. е. немного выше температуры плавления ПЭО, которая составляет около 65 °С.При достижении этой температуры наблюдалось очень сильное увеличение вязкости раствора. При охлаждении смеси было очевидно гелеобразование, при этом вязкость и жесткость конечного продукта сильно зависели от молекулярной массы ПЭО и массовой доли ПЭО в геле. собраны все приготовленные электролиты, их состав, номенклатура и некоторые соответствующие физико-химические характеристики: ионная проводимость ( σ ) некоторых электролитов, их классификация по одной из трех реологических групп, описанных в экспериментальном разделе, и их эластомерное поведение.Выбрана следующая номенклатура: PEO a — b /U c , где a обозначает молекулярную массу полимера в г моль ^-1 , деленную на 10 ⁵ , b для массовой доли полимера в геле, а c идентифицирует тип уралалюминия, используемого для приготовления геля. Например, ПЭО50-1/U150 представлял собой гель, приготовленный из 1% масс. ПЭО Mw = 50 × 10 ⁵ г моль ^-1 , растворенного в уралулюминии 150 (AlCl ₃ :мочевина при молярном соотношении 1.50:1).

Электролиты каждой молекулярной массы готовили до максимально возможного включения ПЭО. Например, с ПЭО 9×10 ⁵ г моль ^-1 растворить более 5 % мас. не удалось, так как при более высоких фракциях % мас. большое увеличение вязкости, происходящее при растворении полимера, препятствовало его полному растворению. растворение. В случае ПЭО 50×10 ⁵ г моль ^-1 вероятно, что в геле, приготовленном с 5 мас.% ПЭО, полимер растворился не полностью.Для ПЭО 80×10 ⁵ г моль ^-1 было невозможно приготовить гель с 2,5 мас.%, поскольку значительная часть полимера не растворялась. Вероятно, уменьшение вязкости за счет повышения температуры выше 70 °C позволило бы растворить большее количество полимера, но это нецелесообразно, поскольку ураллюминий может разлагаться.

3.1. Реологическое поведение

Не все электролиты были гелями, и среди гелей можно было обнаружить очень разные механические свойства.Нестабильность алюминиевых электролитов на открытом воздухе и при контакте с некоторыми материалами, включая нержавеющую сталь, сделала определение их реологического поведения настоящей проблемой. Включенные видеоролики хорошо иллюстрируют их разнообразную реологию с помощью простых тестов, проводимых внутри перчаточного бокса. Используя тест в перевернутой трубке, PGE были разделены на три различных реологических поведения, как объяснено в экспериментальной части. собирает эту качественную классификацию. Электролиты группы 1, которые вели себя как жидкости, включали ПЭО1-5/У150, ПЭО9-1/У150 и ПЭО50-0.7/U150. На противоположной стороне находятся гелевые электролиты группы 3, включающие ПЭО9-5/У150, ПЭО50-5/У150 и ПЭО50-5/У135, которые ведут себя как резина. Все остальные ПГЕ относятся к электролитам 2-й группы, т. е. к мягким эластичным гелям, которые не текут сразу после переворачивания флакона, а сползают по стенкам через несколько минут, как показано на рис. а для ПЭО50-2,5/У150. б — размерная стабильность того же электролита ПЭО50-2,5/У150 при переносе его из стакана в колбу с помощью стеклянной палочки.Все гели оказались очень прочными, их невозможно было порвать, и они ломались только при тщательном растяжении.

( a ) Испытание в перевернутой трубке и ( b ) стабильность размеров PEO50-2,5/U150 и ( c ) эластичность PEO9-5/U150.

Качественная классификация ЭПГ по трем реологическим группам показала, что чем ниже молекулярная масса полимера, тем выше массовая доля, необходимая для гелеобразования уралалюминия. Например, ПЭО1-5/У150 представлял собой вязкую жидкость (группа 1), а при том же мас.% полимера ПЭО9-5/У150 представлял собой каучук (группа 3).Как упоминалось во введении, влияние молекулярной массы полимера на модуль сдвига гелей, приготовленных с одной и той же массовой долей полимера, было хорошо известно и было следствием запутывания полимерных цепей. Результаты показывают, с одной стороны, что гелеобразование уралалюминия с ПЭО происходит в соответствии с типичным поведением полимерного геля, подразумевая, что ПЭО действительно растворим в уралулюминии, с вытягиванием полимерных клубков в жидкой фазе и образованием зацеплений между цепями и, с другой стороны, с другой стороны, взаимодействие звеньев этиленоксида (ЭО) с уралюминием было сильным.Схема 2 иллюстрирует эти характеристики.

Электролиты групп 2 и 3 ведут себя как эластомеры, демонстрируя большие деформации при растяжении. c показаны различные изображения, извлеченные из видеозаписей ПЭО9-5/У150, которые свидетельствуют о высоких деформациях, достигаемых этими электролитами. Видео (ссылки QR), демонстрирующие эластомерный характер ПЭО9-5/U150, ПЭО50-1/U150 и ПЭО80-1/U150, опубликованы в .

Для проверки термопластичных свойств этих электролитов смесь твердого ПЭО50-5/У150 и чистого У150 в соотношении 50:50 мас.% медленно нагревали до 70 °С, перемешивая стеклянной палочкой; постепенно электролит ПЭО5/У150 размягчался, его вязкость уменьшалась, и его можно было смешивать с жидкостью У150.Через 10 мин при 70°С новому разбавленному электролиту (теперь с составом ПЭО50-2,5/У150) давали остыть, вязкость увеличивалась, и проверяли отсутствие фазового разделения. Размягчение ПЭО50-5/У150 и последующее разбавление У150 позволяет предположить, что в этих ЭПГ возникает физическая, а не химическая связь, и свидетельствует о ее термопластическом характере. Та же самая процедура была успешно проведена с PEO50-5/U135, разбавленным U135.

Тот факт, что концентрированный гель можно разбавлять таким простым способом, очень интересен, так как это означает, что можно приготовить ПГЕ из обычной концентрированной партии (маточная смесь), что повышает воспроизводимость образцов и является ключевым свойство первостепенной важности для его потенциального использования в промышленных приложениях, поскольку оно допускает апостериорную аддитивацию.

С точки зрения дизайна материалов, реология этих ЭПГ показала очень интересные результаты. Во-первых, эффективное гелеобразование U150 было возможно при содержании ПЭО всего 1 мас.%, при условии, что молекулярная масса полимера была достаточно высокой. Во-вторых, полученные гели были термопластичными, и поэтому их было легко обрабатывать, формовать, изменять форму и перерабатывать, и их можно было приготовить в виде маточной смеси. Наконец, когда эти гели разрушались (что было нелегко, поскольку они были очень прочными и эластичными), они быстро склеивались, что иллюстрирует еще одну ключевую особенность этих гелей: они, кажется, самовосстанавливаются.Это можно наблюдать на видео, представленных в , например, ПЭО50-1/У150 и ПЭО9-5/У150, где отчетливо виден эластомерный и липкий характер, или ПЭО80-1/У150 (особенно 17–19 секунд).

Учитывая природу химических соединений в урале и их сильное стремление к взаимодействию с простым полиэфиром, приоритетной задачей считалась проверка стабильности (химической, а следовательно, механической и электрохимической) ЭПГ в течение периодов времени до нескольких месяцев. . Механические и реологические свойства этих ЭПГ зависят от чрезвычайно длинной полимерной цепи.Таким образом, реакции, приводящие к расщеплению цепей, приведут к очень заметным потерям вязкости и модуля упругости ЭПГ, поскольку зависимость вязкости и эластичности от длины полимерной цепи очень сильная. Несколько PGE хранились в перчаточном боксе в течение периодов от нескольких недель до трех месяцев и периодически проверялись их реологические характеристики. В течение первой недели после приготовления ЭПГ было качественно обнаружено увеличение вязкости и/или модуля упругости с помощью теста в инверсионной трубке и теста на растяжение.После этого и в течение как минимум двух месяцев заметного изменения реологических и механических характеристик не наблюдалось. Этот результат очень важен с практической точки зрения, так как эти ЭПГ были бы бесполезны в качестве электролитов, если бы их свойства были потеряны в краткосрочной перспективе. Реологическая стабильность в течение нескольких месяцев также предоставила очень интересную информацию о химической стабильности этих ЭПГ, т. е. сильное взаимодействие между простыми эфирами в полимерной цепи и частицами урала алюминия не приводило к значительному разрыву цепи.

3.2. Структура электролитов по данным FT-IR

Тот факт, что эти электролиты ведут себя как эластомеры, свидетельствует о сильном взаимодействии между уралюминием и ПЭО, которое блокирует проскальзывание цепных переплетений при растяжении полимерных цепей [24]. Это сильное взаимодействие было изучено с помощью FT-IR. показаны ИК-Фурье-спектры PGE, приготовленных с U150 и ПЭО с тремя различными молекулярными массами (1 × 10 ⁵ , 9 × 10 ⁵ и 50 × 10 ⁵ г-моль ^-1 ), и с увеличением массы %, от 1 до 5 мас.%, вместе со спектром FT-IR ПЭО при комнатной температуре и спектром U150.Область от 1400 до 800 см ^-1 в спектрах ПЭО очень чувствительна к конформационным изменениям. Интересно, что в ФГЭ не были видны наиболее интенсивные FT-IR полосы твердого ПЭО, а именно характерная полоса с центром на 1095 см ^-1 (отмечена черной стрелкой), относящаяся к комбинациям валентных СС и СО, и Моды деформации ЦОК в конформации транс-гош-транс структурной единицы ОССО [25]. Были и другие полосы ПЭО, которые не появлялись в спектрах PGE, такие как CH ₂ , раскачивающиеся на 840 см ^-1 или CH ₂ , виляющие на 1342 и 1360 см ^-1 .Однако закручивание СН ₂ на 1241 и 1278 см ^-1 четко видно в спектрах ФГЭ, ​​хотя и немного смещено в сторону большего волнового числа. Интересно, что в спектрах ЭПГ обнаружена серия новых полос в области 1100-900 см ^-1 (отмечены красными стрелками на ), которых не было ни в урале, ни в твердом ПЭО.

FT-IR полиэтиленоксида (PEO), U150 и полимерных гелевых электролитов (PGE) PEO1-5/U150, PEO9-5/U150, PEO50-5/U150, PEO50-2.5/У150, ПЭО50-1/У150.

Набор новых полос в области 1100-900 см ^-1 был явно пропорционален мас.% ПЭО, что указывало на принадлежность этих новых полос полимеру. также показывает, что спектры PGE, приготовленные с ПЭО разной молекулярной массы, но с одинаковым массовым % ПЭО, были очень похожи. показывает FT-IR PEO50-5/U150 и PEO50-5/U135 вместе с PEO, U150 и U135. Спектры FT-IR не показали существенных различий между PGE, приготовленным с U150 и U135 и 5 мас.% ПЭО.

FT-IR ПЭО50-5/У135, ПЭО50-5/У150, твердый ПЭО и урал (150 и 135).

Появление новых полос ПЭО вместе с отсутствием характерных колебаний спектра ПЭО в объеме или в расплаве, а именно при 1150 и 1100 см конформационная структура сильно отличается от конформационной структуры объемного ПЭО, как и можно было ожидать. Как упоминалось ранее, влияние молекулярной массы ПЭО на реологию геля указывало на то, что клубки ПЭО вытягивались в жидкой фазе и запутывались друг с другом, в то время как отсутствие основных колебаний в ИК-Фурье предполагало очень сильное взаимодействие цепь с ее окружением.На схеме 2 изображены эти гели, где сегменты цепи ПЭО, сильно взаимодействующие с частицами уралюмина, представлены в виде стержней, чтобы проиллюстрировать блокировку остова. Выяснение природы взаимодействия полимер/электролит ни в коем случае не является простым, поскольку состав уралалюминия до сих пор полностью не изучен. В настоящее время проводится детальное исследование молекулярной структуры этих гелей с помощью инструментов вычислительной химии.

3.3. Ионная проводимость и электрохимия электролитов

Целью данной работы является оценка того, можно ли использовать ПЭО сверхвысокой молекулярной массы для приготовления алюминиевых гелевых электролитов, даже если этот полимер не упоминается в литературе из-за его химического взаимодействия с кислыми частицами алюминия.Чтобы оценить электрохимические характеристики различных электролитов и решить, возможен ли такой подход к приготовлению ЭПГ для алюминиевых вторичных батарей, была проведена циклическая вольтамперометрия. При проведении этих экспериментов вскоре стало очевидно, что чувствительность ЭПГ к влаге была значительно ниже, чем у жидкого уралалюминия. Тем не менее ни с одним из гелей нельзя было манипулировать на открытом воздухе, так как при контакте с влажностью окружающей среды HCl все же образовывался, хотя и с гораздо меньшей скоростью, чем в жидком урале алюминия.Это было положительным следствием увеличения вязкости гелей и сделало обращение с ЭПГ намного проще и безопаснее, чем с самим жидким электролитом.

Вольтамперограммы на 50-м цикле некоторых электролитов показаны на рис. CV в U150 (оранжевая линия) показывает пики, соответствующие окислению примерно при 1,5 В (по сравнению с Al/Al ³⁺ ) и электроосаждению Al (при -1,5 В). Эффект от введения в жидкость U150 возрастающего количества, а именно 1 % масс., 2.5 мас.% и 5 мас.% ПЭО 50×10 ⁵ г моль ^-1 показано на а. Можно заметить, что постепенное увеличение концентрации ПЭО в ЭПГ привело к уменьшению плотности тока Дж по сравнению с жидким У150. Эти эффекты легко объяснить сочетанием повышения вязкости и снижения концентрации Al ₂ Cl ₇ ⁻ , которое предположительно происходило при добавлении ПЭО к U150 [12]. Однако также можно было видеть, что единственные наблюдаемые процессы соответствовали выделению и осаждению Al, и что введение небольших количеств ПЭО (т.г., ПЭО50-1/У150 или ПЭО50-2,5/У150) позволяли сохранять достаточную электрохимическую активность, чтобы рассматривать их как потенциальные электролиты. и Электролиты ПЭО50-5/У150. Цикл 50 показан во всех случаях (установившееся состояние). Все измерения проводились в инертной атмосфере аргона. Обратите внимание, для сравнения ток ПЭО1-5/У150 и ПЭО50-5/У150 в б умножен на 5.

В b влияние молекулярной массы полимера представлено для 5% масс. ПЭО. Обратите внимание, что ток этих двух образцов был умножен в пять раз, чтобы облегчить его сравнение с U150. Можно заметить, что на снижение электрохимической активности в большей степени влияла концентрация ПЭО, чем длина его цепи, поскольку можно было обнаружить лишь незначительные различия в плотности тока для ПЭО1-5/У150 и ПЭО50-5/У150, хотя первый был жидкостью (реологическая группа 1 в ), а последний — самостоятельным гелем (реологическая группа 3).

Тот факт, что длина цепи ПЭО гораздо больше влияла на реологию, чем на силу тока, доказывает успех использования ПЭО сверхвысокой молекулярной массы в качестве стратегии получения PGE для алюминиевых вторичных батарей, учитывая, что электроактивные материалы могут быть получены с различными реологическими свойствами. , в диапазоне от жидкого до твердого с помощью простой процедуры, представленной в этой работе. Более того, электрохимические свойства, представленные в этой работе, были стабильны в течение по крайней мере нескольких месяцев, что и произошло с их реологией.

Наконец, изменение ионной проводимости σ и тока Дж при заданном потенциале (-0,8 В) представлено для PGE в зависимости от мас.% ПЭО в гелях. Можно заметить, что уменьшение σ линейно зависит от мас.% ПЭО в ЭПГ (пунктирная линия) и не зависит от молекулярной массы используемого ПЭО, т.е. не было влияния длины цепи ПЭО. на конечном σ полученного геля. Однако если вместо геля смесь ПЭО и U150 приводила к получению жидкости, то σ было выше, как показано PEO1-5/U150 (сплошной черный символ).

( a ) Проводимость σ и ( b ) плотность тока j , измеренная при -0,8 В по сравнению с Al/Al ³⁺ для различных PGE в зависимости от мас.% ПЭО. Сплошные черные символы соответствуют ПЭО1-5/У150, единственному жидкому электролиту в этой серии.

Снижение плотности тока было намного сильнее, чем у σ : в то время как последний был уменьшен на 6 от наиболее проводящего электролита к наименее проводящему в , первый уменьшился на 16.Интересно, что уменьшение плотности тока в зависимости от мас.% ПЭО не зависело ни от длины цепи полимера, ни от того, была ли полученная смесь ПЭО и U150 жидкостью или гелем, т. е. казалось, что зависит только от концентрации оксиэтиленовых звеньев. Это означало, что наряду со снижением σ в результате гелеобразования уралалюминия и последующим неизбежным увеличением вязкости имело место дополнительное явление, снижающее электроактивность ЭПГ, наиболее вероятно химическое взаимодействие эфиров в ПЭО с электроактивные частицы Al, как упоминалось во введении [12].

Даже если снижение электроактивности происходит при использовании ПЭО в качестве гелеобразующего полимера, это свидетельствует о том, что эти гелевые электролиты могут быть в то же время твердыми и при этом в значительной степени сохранять электроактивность жидкого электролита, в данном случае урала алюминия. Это было постулировано как невозможное [11,12,13,14] на основании взаимодействия между электроактивными частицами Al ₂ Cl ₇ ^— и эфиром в оксиэтиленовых звеньях. Хотя взаимодействие оксиэтиленовых звеньев в ПЭО снижает электроактивность уралалюминия, требуемое небольшое количество сверхвысокомолекулярного полимера компенсирует его влияние на образование жидкого электролита.Из-за вероятного характера взаимодействий между окситиленовыми звеньями и частицами уралалюминия можно ожидать, что другие алюминиевые жидкие электролиты, вероятно, будут образовывать гели аналогичной природы с ПЭО сверхвысокой молекулярной массы, что является стратегией с широкой областью применения и очень многообещающее будущее.

4. Выводы

Результаты, представленные в этой работе, демонстрируют, что использование ПЭО сверхвысокой молекулярной массы является успешной стратегией производства ЭПГ с уралюминием в качестве жидкого электролита, сохраняющего способность к обратимому электроосаждению и зачистке алюминия.Эти гелевые электролиты готовятся путем простого растворения полимера в жидком электролите, как и обычные гидрогели ПЭО. Эта препаративная стратегия проста и быстра (всего несколько минут), не содержит растворителей и воспроизводима. Гели являются термопластичными, что позволяет готовить маточные смеси, которые впоследствии можно разбавлять и/или в которые можно включать добавки, что делает их превосходными для промышленного масштабирования и массового производства. Их легко формировать и изменять, а также перерабатывать.

Из-за сильного взаимодействия между ПЭО сверхвысокой молекулярной массы и уралюминием размерно стабильные гели производятся с содержанием ПЭО всего 2,5 мас.%. Эти гели стабильны в течение нескольких месяцев, и не наблюдается разделения фаз или реологических изменений, если они хранятся в контролируемой атмосфере. Их электрохимические характеристики также стабильны, и при повторении CV через несколько месяцев результаты полностью сопоставимы. По сравнению с несколькими примерами в литературе они способны сохранять значительно большую ионную проводимость по отношению к жидкому электролиту, с которым они приготовлены.Самостоятельные гели также сохраняют значительную часть тока жидкого электролита.

Чувствительность к влаге этих ЭПГ значительно ниже, чем у жидкого урала алюминия, что повышает их устойчивость к деградации при случайном воздействии на открытом воздухе и, следовательно, повышает их безопасность. Наконец, их липкий характер наделяет их присущими им свойствами самовосстановления, что делает их очень прочными и простыми в обращении.

Химия аккумуляторов и элементов. Аккумуляторная грунтовка.

 

 

Примечание: Названия «Батареи» и «Элементы» используются в этом тексте взаимозаменяемо, хотя, строго говоря, батарея состоит из группы энергетических элементов. Подробнее на странице для начинающих.

 

Как работают энергетические элементы

 

Гальваническое или вольтовое действие

Проще говоря, энергетические элементы или батареи можно рассматривать как электронные насосы.

 

Внутренняя химическая реакция внутри батареи между электролитом и отрицательным металлическим электродом приводит к накоплению свободных электронов, каждый из которых имеет отрицательный заряд, на отрицательной (-) клемме батареи — аноде.

 

Химическая реакция между электролитом и положительным (+) электродом внутри батареи приводит к избытку положительных (+) ионов (атомов, у которых отсутствуют электроны, поэтому они имеют положительный заряд) на положительном (+) полюсе — катоде аккумулятора.

 

Электрическое (насосное) давление или разность потенциалов между клеммами + и — называется напряжением или электродвижущей силой (ЭДС).

 

Различные металлы имеют разное сродство к электронам. Когда два разнородных металла (или соединения металлов) соприкасаются или соединяются через проводящую среду, электроны имеют тенденцию переходить от металла с меньшим сродством к электронам, который становится положительно заряженным, к металлу с большим сродством, который становится положительно заряженным. становится отрицательно заряженным.Таким образом, разность потенциалов между металлами будет нарастать до тех пор, пока она не уравновесит тенденцию переноса электронов между металлами. В этот момент «равновесный потенциал» — это тот, который уравновешивает разницу между склонностью двух металлов приобретать или терять электроны.

 

Ток течет от положительной клеммы к отрицательной, но, как ни странно, электроны текут в противоположном направлении. Эта путаница возникает из-за того, что мы склонны предполагать, что единственными носителями тока являются электроны.На самом деле положительные ионы также являются носителями тока и текут в том же направлении, что и ток. В гальваническом элементе положительные ионы переносят ток через элемент, а электроны переносят ток во внешней цепи. Посмотрите на Бенджамина Франклина, которого ложно обвинили в неправильном названии текущего потока.

Аккумулятор или гальванический элемент накапливают энергию в химической форме в своих активных материалах и могут при необходимости преобразовывать ее в электрическую энергию, как правило, посредством электрохимической окислительно-восстановительной, окислительно-восстановительной реакции (см. ниже).

(Примечание. Общее название «окислительно-восстановительный», по-видимому, было присвоено недавней конструкции проточной батареи, в которой используются две окислительно-восстановительные пары ванадия).

 

Каждый гальванический или энергетический элемент состоит как минимум из трех, а иногда и из четырех компонентов

1. Анод или отрицательный электрод является восстановительным или топливным электродом.Он отдает электроны во внешнюю цепь и окисляется в ходе электрохимической (разрядной) реакции. Обычно это металл или сплав, но также используется водород. Анодный процесс представляет собой окисление металлического восстановителя с образованием ионов металла.

   ( LEO Потерянные электроны — Окисление )

   Альтернативно

   ( МАСЛО — Окисление — это потеря)

2. Катод или положительный электрод является окислительным электродом.Он принимает электроны из внешней цепи и восстанавливается в ходе электрохимической (разрядной) реакции. Обычно это оксид металла или сульфид, но также используется кислород. Катодный процесс представляет собой восстановление окислителя (оксида) до выхода металла.
   ( GER Прирост электронов — Уменьшение ). Помните мнемонику рычания льва.

Альтернативно

( Буровая установка — Уменьшение — это усиление) Альтернативная мнемоника — НЕФТЯНАЯ БУРОВАЯ ВЫСТАВКА

3. Электролит (ионный проводник), который обеспечивает среду для переноса заряда в виде ионов внутри ячейки между анодом и катодом.Электролит обычно представляет собой растворитель, содержащий растворенные химические вещества, обеспечивающие ионную проводимость. Он должен быть непроводником электронов, чтобы избежать саморазряда элемента.

Ионы металлов представляют собой атомы металлов, у которых отсутствуют электроны, и поэтому они заряжены положительно. Частицы с недостающими электронами называются катионами , и во время разряда они движутся через электролит к положительному электроду, ошибочно называемому катодом * . См. примечание ниже.

Анионы представляют собой атомы или частицы с избытком электронов и, следовательно, отрицательно заряженные.Во время разряда они притягиваются через внешнюю цепь к отрицательному электроду, называемому анодом * .

4. Сепаратор , который электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Процесс выписки

 

Когда аккумулятор полностью заряжен, избыток электронов на аноде дает ему отрицательный заряд, а недостаток электронов на катоде дает положительный заряд, что приводит к разности потенциалов на ячейке.

Когда цепь замыкается, избыточные электроны перетекают во внешнюю цепь от отрицательно заряженного анода, который теряет весь свой заряд, к положительно заряженному катоду, который их принимает, нейтрализуя его положительный заряд. Это действие уменьшает разность потенциалов на ячейке до нуля. Цепь замыкается или уравновешивается потоком положительных ионов в электролите от анода к катоду.

Поскольку электроны заряжены отрицательно, электрический ток, который они представляют, течет в противоположном направлении, от катода (положительный вывод) к аноду (отрицательный вывод).

 

Анод — это электрод, через который электроны выходят из поляризованного электрического устройства (или электрод, через который поступает ток)

Мнемоника ACID = A узел C текущий I в устройство D (во время разряда).

 

Две электролитные системы

 

Принципы работы гальванического или гальванического элемента можно продемонстрировать на примере работы элемента Даниэля, двухэлектролитной системы.

 

КАТОД	ДЭНИЭЛЛ СЕЛЛ	АНОД
положительный полюс аккумулятора		отрицательный полюс аккумулятора
		Цинк теряет электроны быстрее, чем медь
Принимает электроны из внешней цепи		Поставляет электроны во внешнюю цепь
Отложения металлической меди на катоде		Цинк переходит в водный раствор
Сайт Сокращение		Участок Окисление
Полуэлемент с самым высоким электродным потенциалом		Полуэлемент с самым низким электродным потенциалом
Германия		Лев

Системы с двумя электролитическими первичными элементами существуют с 1836 года, когда был изобретен элемент Даниэля для преодоления проблем поляризации.Эта компоновка показывает, что фактически имеются две полуячейки , в которых происходят химические действия. Каждый электрод погружен в отдельный электролит, с которым он реагирует. Потенциал электрода , положительный или отрицательный, представляет собой напряжение, развиваемое одним электродом. Электролиты отделены друг от друга солевым мостиком или пористой мембраной , которая является нейтральной и не принимает участия в реакции. В процессе осмоса он пропускает ионы сульфата, но блокирует ионы металлов.

Эта схема с двумя электролитами обеспечивает больше степеней свободы или контроля над химическим процессом.

Несмотря на более сложную конструкцию, эти элементы позволили создать элементы с более длительным сроком службы за счет оптимизации комбинации электролит/электрод отдельно для каждого электрода.

Совсем недавно они использовались в качестве основы для проточных батарей, в которых электролиты прокачиваются через батарею, обеспечивая почти неограниченную емкость.

 

Цинк является очень популярным анодным материалом, и указанное выше химическое действие приводит к его растворению в электролите.

Можно сказать, что показанная ячейка Даниэля «сжигает цинк и откладывает медь»

Окислительно-восстановительные реакции и полуэлементы

Простая ячейка с одним электролитом также может быть представлена ​​двумя полуячейками.Это можно рассматривать как частный случай ячейки Даниэля с двумя одинаковыми электролитами.

Модель клетки как двух полуэлементов используется электрохимиками и конструкторами ячеек для расчета электродных потенциалов и характеристики химических реакций внутри клетки. В одной половине клетки происходит восстановление, а в другой — окисление. В батарее обе реакции протекают одновременно, и объединенная реакция называется окислительно-восстановительной реакцией (восстановление и окисление)

.

Напряжение ячейки или электродвижущая сила (ЭДС) для внешнего тока, полученного от ячейки, представляет собой разность стандартных электродных потенциалов двух реакций половин ячейки при стандартных условиях.Но настоящие гальванические элементы обычно отличаются от стандартных условий. Уравнение Нернста связывает фактическое напряжение химического элемента со стандартными электродными потенциалами с учетом температуры и концентраций реагентов и продуктов. ЭДС клетки будет уменьшаться по мере уменьшения концентрации активных химических веществ по мере их использования до тех пор, пока одно из химических веществ не будет полностью исчерпано.

Теоретическая энергия, доступная из ячейки, может быть рассчитана с использованием уравнения свободной энергии Гиббса для начального и конечного состояний равновесия.

 

К счастью, такие глубокие знания в области химии клеток и термодинамики обычно не требуются инженерам по применению батарей.

 

* Важное примечание: Существует много путаницы, связанной с обозначением электродов вторичных элементов как анодов или катодов. Строго говоря, обозначение зависит от направления тока.Это означает, что он меняется в зависимости от того, заряжается или разряжается элемент. Это связано с тем, что анод определяется как электрод, который производит электроны (окислительная полуреакция), а катод определяется как электрод, который получает электроны (восстановительная полуреакция). Это справедливо как для зарядки, так и для разрядки. Другими словами:

Во время разряда анод является отрицательным электродом, а катод — положительным электродом.

Во время зарядки анод является положительным электродом, а катод — отрицательным электродом.

Мнемоника ACID для «Анодный ток в устройство» связывает обозначение электрода с направлением тока.

Путаница, к сожалению, усугубляется из-за различных соглашений об именах, обычно применяемых к электродам батареи.Электроды вторичных элементов обычно называют просто анодами и катодами, которые соответствуют реакции разрядки, при вводящем в заблуждение игнорировании реверсирования, соответствующего процессу зарядки.

 

Другой способ взглянуть на это состоит в том, что полярность катода по отношению к аноду может быть положительной или отрицательной. Таким образом, общепринятые обозначения катода и анода не меняются в зависимости от направления тока.

Первичные элементы

В первичных элементах эта электрохимическая реакция необратима. Во время разрядки химические соединения постоянно изменяются, и электрическая энергия высвобождается до тех пор, пока исходные соединения не будут полностью исчерпаны. Таким образом, ячейки можно использовать только один раз.

Вторичные элементы

Во вторичных элементах эта электрохимическая реакция является обратимой, и исходные химические соединения могут быть восстановлены приложением электрического потенциала между электродами, подающими энергию в элемент.Такие элементы можно разряжать и перезаряжать много раз.

 

	Действие аккумуляторной батареи (значительно упрощенное)

 

Процесс зарядки

Зарядное устройство отрывает электроны от анода, оставляя его с положительным зарядом, и направляет их на катод, придавая ему отрицательный заряд.Энергия, закачиваемая в клетку, возвращает активные химические вещества в исходное состояние.

 

Выбор активных химикатов

Напряжение и ток, генерируемые гальваническим элементом, напрямую связаны с типами материалов, используемых в электродах и электролите.

Склонность отдельного металла или соединения металлов приобретать или терять электроны по отношению к другому материалу известна как его электродный потенциал.Таким образом, сила окислителей и восстановителей определяется их стандартными электродными потенциалами. Соединения с потенциалом положительного электрода используются для анодов, а соединения с потенциалом отрицательного электрода — для катодов. Чем больше разница между электродными потенциалами анода и катода, тем больше ЭДС ячейки и тем большее количество энергии может производить ячейка.

 

Периодическая таблица

Анодные и катодные материалы выбираются с учетом их пригодности в качестве окислителей или восстановителей.Относительные восстановительные и окислительные способности элементов указаны цветной стрелкой в ​​Периодической таблице ниже. Сильные восстановители сгруппированы слева, а сильные окислители сгруппированы справа.

 

• Группы

Элементы в каждой отдельной группе имеют одинаковое количество «валентных» электронов на внешней валентной оболочке.Поскольку количество валентных электронов определяет, как атом химически реагирует с другими атомами, элементы в пределах определенной группы, как правило, имеют схожие химические свойства.

Внешняя электронная оболочка может иметь до восьми электронов, но с полным набором из восьми электронов, как в благородных газах (группа 18), нет «свободных» электронов, доступных для участия в химических реакциях, поэтому благородные газы химически нереактивный или инертный. Таким образом, во внешней, валентной оболочке атомов фактически только семь возможных валентных электронов, и каждый элемент имеет уникальное характеристическое число электронов, определяющих его свойства.Способы взаимодействия атомов с другими атомами, другими словами их возможные химические реакции, определяются числом электронов в их валентных оболочках.

Наиболее реактивные элементы находятся в левом и правом краях таблицы. Это щелочные металлы (группа 1), атомы которых имеют только один электрон в своих валентных оболочках, и галогены (группа 17) с семью валентными электронами, у которых отсутствует только один электрон из полной оболочки.

 

• Периоды

Все элементы в любой период имеют одинаковое количество электронных оболочек или орбит, что соответствует количеству возможных энергетических уровней электронов в атоме. Номер периода соответствует количеству электронных оболочек.

Число, указанное в каждой ячейке таблицы, представляет собой атомный номер элемента, который представляет собой число протонов в ядре каждого атома.Двигаясь слева направо по таблице от группы 1 к группе 18 в каждом периоде, число протонов на атом увеличивается на один от каждого элемента к соседнему элементу.

 

Восстановители (элементы) имеют избыточные электроны на своей внешней валентной оболочке, которые они отдают в окислительно-восстановительной реакции и, следовательно, окисляются. Окислители (элементы) имеют дефицит электронов в своей валентной оболочке, которая принимает электроны в окислительно-восстановительной реакции и восстанавливается.

 

См. также Стандартную модель физики элементарных частиц, показывающую фундаментальные частицы.

 

Электрохимическая серия

Приведенный ниже электрохимический ряд представляет собой список или таблицу металлических элементов или ионов, расположенных в соответствии с их электродными потенциалами. Порядок показывает тенденцию одного металла восстанавливать ионы любого другого металла ниже его в ряду.Потенциалы выбраны по отношению к водороду, потенциал которого был произвольно определен как ноль, что приводит к положительным и отрицательным значениям электродного потенциала. На самом деле они следуют прогрессивной последовательности, охватывающей диапазон около 6 вольт.

Образец из таблицы стандартных потенциалов показывает экстремумы таблицы.

	Прочность окислителей и восстановителей
Катод (восстановление) Полуреакция Стандартный потенциал Е° (вольты) Li + (водн.) + e — —> Li(s) -3.04 K + (водн.) + e — —> K(s) -2,92 Ca 2+ (водн.) + 2e — —> Ca(s) -2.76 Na + (водн.) + e — —> Na(s) -2,71 Zn 2+ (водн.) + 2e — —> Zn(s) -0.76 2H + + 2e — —> H 2 0 Cu 2+ (водн.) + 2e — —> Cu(s) 0.34 O 3 + + (G) + 2H + (AQ) + 2E — -> O 2 (G) + H 2 O (L) 2,07 F 2 (g) + 2e — —> 2F — (aq) 2.87

Значения для записей в таблице представляют собой восстановительные потенциалы, поэтому литий в верхней части списка имеет самое отрицательное число, что указывает на то, что это самый сильный восстановитель. Самым сильным окислителем является фтор с наибольшим положительным числом для стандартного электродного потенциала.

 

На силу восстановительной или окислительной способности соединений указывают также их характерные электродные потенциалы.

Доступная энергия

Химические элементы содержат собственный электрохимический энергетический потенциал, связанный с энергией электронов в самой внешней электронной оболочке или валентной зоне атома, а также с наличием в его текущем состоянии потенциального избытка или дефицита электронов. Эти внешние электроны, называемые валентными электронами, определяют, как атом химически реагирует с другими атомами. Атомы, у которых валентная оболочка заполнена, обычно химически инертны.Атомы с одним или двумя валентными электронами больше, чем в закрытой оболочке, обладают высокой реакционной способностью, поскольку лишние электроны легко удаляются с образованием положительных ионов (окисление). Атомы с одним или двумя валентными электронами меньше, чем у закрытой оболочки, также обладают высокой реакционной способностью из-за тенденции либо приобретать недостающие электроны и образовывать отрицательные ионы (восстановление), либо делиться электронами и образовывать ковалентные связи. Самая низкая энергия для вида наступает, когда его внешняя оболочка полностью занята электронами. Приобретение или потеря электронов изменяет энергетический уровень атома, и именно эта энергия высвобождается в виде электрической энергии во время разряда первичной или вторичной батареи или поглощается при зарядке вторичной батареи.

Энергия, доступная в атоме для выполнения внешней работы, называется свободной энергией Гиббса , и показатель величины этого высвобождения потенциальной энергии определяется электродным потенциалом элемента. Для сбалансированной реакции это выражается в следующем уравнении:

 

ΔG = — E ⁰ сущ. Ф

Где

ΔG — Изменение свободной энергии Гиббса в джоулях

E ⁰ — стандартный электродный потенциал или ЭДС в вольтах (см. таблицу выше)

n – число молей электронов, переданных в ячейке реакции на моль реакции

F – постоянная Фарадея в кулонах на моль (величина электрического заряда на моль электронов)

 

Это уравнение используется для расчета энергии, получаемой в результате окислительно-восстановительных реакций, возможных с различными комбинациями активных химических веществ.

Напряжение или разность потенциалов между реакциями окисления и восстановления возникает из-за различных электрохимических потенциалов реакций восстановления и окисления в батарее. Электрохимический потенциал является мерой разницы между средней энергией самых внешних электронов молекулы или элемента в двух его валентных состояниях.

 

История

 

В приведенной ниже таблице показаны некоторые распространенные химические вещества, используемые для электродов аккумуляторов, расположенные в порядке их относительного электродного потенциала.

	Анодные материалы				Катодные материалы
(Отрицательные клеммы)				(плюсовые клеммы)
ЛУЧШИЙ — (самый отрицательный)				ЛУЧШИЙ- (самый положительный)
Литий				Феррата
Магний				Оксид железа
Алюминий				Оксид меди
Цинк				Йодат
Хром				Оксид меди
Железо				Оксид ртути
Никель				Оксид кобальта
Олово				Диоксид марганца
Свинец				Диоксид свинца
Водород				Оксид серебра
Медь				Кислород
Серебро				Оксигидроксид никеля
Палладий				Диоксид никеля
Меркурий				Пероксид серебра
Платина				Перманганат
Золото				Бромат
ХУДШЕЕ — (наименее отрицательное)				ХУДШЕЕ — (наименее положительное)

Элементы, использующие водные (содержащие воду) электролиты, имеют ограничение по напряжению до уровня менее 2 В, поскольку кислород и водород в воде диссоциируют при наличии напряжения выше этого напряжения.Литиевые батареи (см. ниже), в которых используются неводные электролиты, не имеют этой проблемы и доступны с напряжением от 2,7 до 3,7 вольт. Однако использование неводных электролитов приводит к тому, что эти элементы имеют относительно высокий внутренний импеданс.

 

Подробнее о выборе материалов для электродов см. на странице, посвященной новым конструкциям аккумуляторов и химическому составу.

 

Альтернативные химические реакции

Совсем недавно была разработана новая клеточная химия с использованием химических реакций, альтернативных традиционной окислительно-восстановительной схеме.

Металлогидридные ячейки

Химический состав ячеек с гидридами металлов зависит от способности некоторых металлов поглощать большие количества водорода. Эти металлические сплавы, называемые гидридами, могут служить хранилищем водорода, который может обратимо вступать в химические реакции в элементах аккумуляторной батареи. Такие металлы или сплавы используются для отрицательных электродов. Положительный электрод представляет собой гидроксид никеля, как в никель-кадмиевых батареях. Электролит, который также представляет собой водный раствор, поглощающий водород, такой как гидроксид калия, не принимает участия в реакции, а служит для переноса водорода между электродами.

Литий-ионные элементы

В отличие от традиционного окислительно-восстановительного гальванического действия, химия литий-ионных вторичных элементов зависит от механизма «интеркаляции». Это включает внедрение ионов лития в кристаллическую решетку электрода-хозяина без изменения его кристаллической структуры. Эти электроды обладают двумя ключевыми свойствами

1. Открытые кристаллические структуры, позволяющие вводить или извлекать ионы лития
2. Способность одновременно принимать компенсирующие электроны

Такие электроды называются интеркаляционными хостами.

В типичном литиевом элементе анод или отрицательный электрод основан на углероде, а катод или положительный электрод изготовлен из диоксида лития-кобальта или диоксида лития-марганца. (Другие химические вещества также возможны)

Поскольку литий бурно реагирует с водой, электролит состоит из неводных органических солей лития и действует исключительно как проводящая среда и не принимает участия в химическом воздействии, а поскольку вода в химическом воздействии не участвует, выделение водорода и кислородные газы, как и во многих других батареях, также исключены.

 

Во время разряда ионы лития отделяются от анода, мигрируют через электролит и внедряются в кристаллическую структуру исходного соединения. В то же время компенсирующие электроны перемещаются по внешней цепи и принимаются хозяином, чтобы уравновесить реакцию.

Процесс полностью обратим. Таким образом, ионы лития проходят между электродами во время зарядки и разрядки.Это привело к названиям «Кресло-качалка», «Качели» или «Волан» для ионно-литиевых батарей.

 

• Твердоэлектролитный интерфейс/межфазный слой (SEI)
  Слой SEI необходим для стабильности литиевых вторичных элементов, использующих угольные аноды.

 

Электролит энергично реагирует с угольным анодом во время начального формирующего заряда, и образуется тонкий пассивирующий слой SEI, который замедляет скорость заряда и ограничивает ток

 

Отложение слоя SEI является важной частью процесса формирования, когда клетки получают свой первый заряд.

НО слой SEI увеличивает внутреннее сопротивление элемента и снижает возможные скорости заряда, а также характеристики при высоких и низких температурах.

Чрезмерное тепло может привести к разрушению защитного барьерного слоя SEI, что приведет к перезапуску анодной реакции с выделением большего количества тепла, что приведет к тепловому разгону.

Толщина слоя SEI неоднородна и увеличивается с возрастом, увеличивая внутреннее сопротивление элемента, уменьшая его емкость и, следовательно, срок его службы.

 

Аноды из оксида титаната лития (LTO)

не вступают в неблагоприятную реакцию с обычно используемыми электролитами в литий-ионных элементах, поэтому слой SEI не образуется и не требуется в элементах LTO. Это дает новые степени свободы в изменении производительности ячеек. См. Варианты литиевых элементов

 

Разновидности литиевой технологии также используются в первичных элементах, которые изначально были разработаны для космических и военных применений.К ним относятся литий-тионилхлорид и литий-диоксид серы, в которых используются реактивные электролиты и жидкие катоды для получения более высокой плотности энергии и мощности.

Альтернативные химические вещества – специальные ароматизаторы

Разработка более качественной батареи — это не просто вопрос выбора пары элементов с большей разницей в электродных потенциалах, в игру вступает множество других факторов. Это могут быть: доступность и стоимость сырья, стабильность или безопасность химической смеси, технологичность компонентов, обратимость электрохимической реакции, проводимость компонентов, диапазон рабочих температур и, вполне возможно, желание обойти патент какого-то другого производителя. .Все эти соображения приводят к использованию ограниченного набора основных химических веществ, но с более широким разнообразием рецептур запатентованных материалов.

 

За прошедшие годы был разработан широкий спектр химических веществ и добавок для оптимизации работы элементов для различных применений.

Альтернативные активные соединения могут быть заменены для увеличения плотности энергии (см. ниже), увеличения емкости по току, уменьшения внутреннего импеданса, уменьшения саморазряда, увеличения напряжения на клеммах, улучшения кулоновского КПД или снижения затрат.

Дополнительные соединения могут быть включены для изменения поведения активных соединений, чтобы увеличить срок службы, предотвратить коррозию или утечку, контролировать поляризацию или повысить безопасность. Они могут включать катализаторы, которые можно использовать для стимулирования или ускорения желаемых химических действий, таких как рекомбинация активных химических веществ в герметичных ячейках. Они также могут включать ингибиторы, которые могут быть добавлены для замедления или предотвращения нежелательных физических или химических воздействий, таких как образование дендритов.

 

К ассортименту доступных химических элементов добавляются элементы с различной емкостью и физической конструкцией элементов, поэтому у инженера по применению аккумуляторов есть широкий выбор вариантов.

 

Плотность энергии

Плотность энергии — это мера количества энергии на единицу веса или на единицу объема, которое может храниться в батарее.Таким образом, для данного веса или объема химический состав ячейки с более высокой плотностью энергии будет хранить больше энергии или, альтернативно, для данной емкости хранения ячейка с более высокой плотностью энергии будет меньше и легче. На приведенной ниже диаграмме показаны некоторые типичные примеры.

Относительная плотность энергии некоторых распространенных вторичных клеточных химических реакций

Как правило, более высокая плотность энергии достигается за счет использования более реакционноспособных химических веществ.Недостатком является то, что более химически активные химические вещества, как правило, нестабильны и могут потребовать специальных мер предосторожности. Плотность энергии также зависит от качества активных материалов, используемых в конструкции ячейки, с примесями, ограничивающими достижимую емкость ячейки. Вот почему элементы разных производителей с одинаковым химическим составом элементов и похожей конструкцией могут иметь различное энергосодержание и характеристики разряда.

Обратите внимание, что часто существует разница между цилиндрическими и призматическими ячейками.Это связано с тем, что указанная плотность энергии обычно относится не только к химическим веществам, но и ко всей ячейке, принимая во внимание материалы корпуса ячейки и соединения. Таким образом, на плотность энергии влияют или ограничивают практические аспекты конструкции ячейки.

Поставка основных химических элементов

Беспокоитесь о доступности экзотических химикатов и возможном влиянии будущего спроса на цены?

На приведенной ниже диаграмме показано относительное содержание химических элементов в земной коре.

Источник — Информационный бюллетень Геологической службы США 087-02

Примечание. На приведенной выше диаграмме литий в 20-100 раз более распространен по количеству атомов, чем свинец и никель. Причина, по которой он менее распространен, заключается в том, что литий, будучи гораздо более реакционноспособным, чем любой из металлов, обычно не встречается в свободном состоянии, а сочетается с другими элементами.Напротив, свинец, будучи менее реакционноспособным, чаще встречается в свободном состоянии, и его легче извлекать и очищать. Тяжелые металлы кадмий и ртуть, использование которых в настоящее время не рекомендуется из-за их токсичности, в 1000 раз менее распространены, чем литий.

 

Потребление лития в батареях электромобилей и гибридных автомобилей

Содержание лития в литиевой батарее большой емкости на самом деле довольно мало.

Взяв в качестве примера литий-кобальтовый элемент, содержание лития в катодном материале LiCoO ₂ составляет всего 7% по весу. Сам материал катода составляет от 25% до 33% веса батареи, так что содержание лития в электроде в элементе составляет около 2% веса элемента. Кроме того, электролит, на долю которого приходится около 10% массы батареи, также содержит меньшее количество растворенного лития, так что общее содержание лития в высокоэнергетической батарее обычно составляет менее 3% по массе.

 

Литиевые батареи, используемые в электромобилях и гибридных автомобилях, весят около 7 кг на кВт·ч, поэтому содержание лития будет составлять около 0,2 кг на кВт·ч. Типичный пассажирский электромобиль может использовать аккумуляторы емкостью от 30 кВтч до 50 кВтч, так что содержание лития будет составлять от 6 до 10 кг на аккумулятор электромобиля.

Емкость аккумуляторов HEV обычно составляет менее 10 % от емкости аккумулятора EV, а вес используемого лития соответственно на 10 % меньше.

Таким образом, 1 миллион электромобилей будет потреблять менее 10 000 тонн лития (без переработки), а 1 миллион ГЭМ будет потреблять не более 1 000 тонн

Учитывая доступные запасы лития (см. следующий раздел), лития более чем достаточно для удовлетворения мирового спроса на автомобильные аккумуляторы высокой энергии.

 

Принадлежности для лития

Литий является 31-м наиболее распространенным элементом в земной коре с содержанием 20 частей на миллион.Это сопоставимо со свинцом (14 частей на миллион), оловом (2,3 части на миллион), кобальтом (25 частей на миллион) и никелем (84 части на миллион). Он содержится в небольших количествах почти во всех магматических породах и минеральных источниках с особенно большими месторождениями в Китае, Северной Америке, Бразилии, Чили, Аргентине, России, Испании и некоторых частях Африки.

 

Текущая оценка эксплуатационных запасов (не считая добычи из морской воды) оценивается в 28,4 млн тонн. Кроме того, земля 1.4 × 10 ²¹ килограммов морской воды содержат относительно высокое содержание лития 0,17 частей на миллион, что означает, что в Мировом океане содержится более 200 миллиардов тонн лития.

Геологическая служба США сообщила, что мировое производство лития в 2006 году составило 333 000 метрических тонн, что немного меньше, чем в предыдущем году. Ожидается, что в 2010 году Китай будет производить 45 000 тонн лития в год на соляных заводах

 

Токсичность лития

Если вам интересно, были ли какие-либо токсические эффекты, связанные с литием, утверждается, что литий, наоборот, имеет терапевтические преимущества.Безалкогольный напиток «7Up» начал свою жизнь в 1929 году, за два месяца до краха Уолл-Стрит, с броским названием «Bib Label Lithiated Lemon-Lime Soda». «7Up» содержал цитрат лития до 1950 года, когда его формула была изменена, некоторые говорят, из-за ассоциации лития с психическими заболеваниями. С 1940-х годов литий в форме карбоната лития успешно используется для лечения психических расстройств, особенно маниакальной депрессии. Однако, как и в случае с большинством химических веществ, небольшие дозы могут быть безопасными или терапевтическими, но слишком большие дозы могут привести к летальному исходу.

Дополнительную информацию о токсичности см. на странице «Новые конструкции батарей и химический состав».

Сделайте свою собственную батарею дома или в школе

См. «Самодельные батареи» для получения инструкций о том, как сделать батарею из простых материалов, доступных в домашних условиях.

 

Новый химический состав аккумуляторов

Подробнее о внедрении новой аккумуляторной технологии см. на следующей странице Новые конструкции и химический состав аккумуляторов

 

Конструкция батареи

Информацию о механической конструкции батарей можно найти на следующих страницах:

 

Практическая клеточная химия

Описаны некоторые из наиболее распространенных клеточных химических процессов и области применения, для которых они подходят, если вы перейдете по ссылкам ниже: —

Первичные ячейки

Дополнительные элементы

 

Необычные батарейки

 

Сравнительная таблица клеточной химии

Альтернативные методы производства и хранения энергии

 

 

 

 

 

Транспортировка литиевых батарей | PHMSA

Литиевые элементы и батареи питают бесчисленное количество устройств, поддерживающих повседневную жизнь, от портативных компьютеров, беспроводных инструментов, мобильных телефонов, часов до инвалидных колясок и автомобилей.Наше общество стало зависеть от литиевых элементов и батарей для более мобильного образа жизни. Сегодняшние литиевые элементы и батареи обладают большей энергоемкостью, чем когда-либо, что приводит к неуклонному росту числа устройств с более высокой мощностью на рынке. С увеличением плотности энергии возникает больший риск и необходимость управлять им. Грузоотправители играют важную роль в снижении этого риска и предотвращении инцидентов, включая пожары на борту самолетов или других транспортных средств.

Литиевые батареи регулируются как опасный материал в соответствии с U.S. Правила обращения с опасными материалами Министерства транспорта (DOT) (HMR; 49 CFR, части 171–180). HMR применяется к любому материалу, который, по мнению DOT, может представлять необоснованный риск для здоровья, безопасности и имущества при коммерческой транспортировке. Литиевые батареи должны соответствовать всем применимым требованиям HMR, когда они предлагаются для перевозки или транспортируются по воздуху, шоссе, железной дороге или воде.

Почему литиевые батареи регулируются на транспорте?

Риски, связанные с литиевыми элементами и батареями, обычно зависят от их типа, размера и химического состава.Литиевые элементы и батареи могут представлять как химическую опасность (например, коррозионно-активные или легковоспламеняющиеся электролиты), так и опасность поражения электрическим током. В отличие от стандартных щелочных батарей, большинство производимых сегодня литиевых батарей содержат легковоспламеняющийся электролит и обладают невероятно высокой плотностью энергии. Они могут перегреться и воспламениться при определенных условиях, таких как короткое замыкание или неправильная конструкция или сборка. После возгорания возгорание литиевых элементов и батарей может быть трудно потушить. Дополнительные, хотя и нечастые, события могут привести к тепловому выходу из строя литиевых элементов и батарей, цепной реакции, ведущей к резкому выбросу накопленной энергии и горючего газа.Этот тепловой выброс может распространяться на другие батареи или проводящие материалы поблизости, что может привести к крупномасштабным тепловым событиям с серьезными последствиями.

Ресурсы для грузоотправителей :

Независимо от того, перевозите ли вы один аккумулятор, комплект аккумуляторов на поддонах или устройство с батарейным питанием, безопасность посылки и тех, кто будет обращаться с ней в пути, зависит от соблюдения требований HMR. Несоблюдение применимых правил может привести к штрафам или даже уголовному преследованию.См. 49 CFR 173.185 и приведенные ниже ресурсы для получения подробных требований, касающихся поставок литиевых батарей, в том числе содержащихся в электронных устройствах.

Руководство по литиевым батареям для грузоотправителей

Для отправлений, осуществляемых через Почтовую службу США (USPS), см. веб-сайт USPS для получения информации об ограничениях на доставку почтовыми службами и доступа к Публикации 52 и Руководствам по международной почте (IMM). Публикация 52 описывает типы и количество опасных материалов, которые можно отправить с помощью USPS.Кроме того, вы можете просмотреть ресурс ниже для получения полезной информации.

USPS безопасно доставляет опасные грузы

Ресурсы для производителей :

Литиевые элементы и батареи, предлагаемые для перевозки, должны пройти проектные испытания, указанные в Руководстве по испытаниям и критериям Организации Объединенных Наций (ООН), раздел 38.3. С 21 января 2022 г. производители литиевых элементов и аккумуляторов должны предоставлять сводные документы по испытаниям по запросу для литиевых элементов и аккумуляторов, изготовленных после 1 января 2008 г.Краткий отчет об испытаниях включает стандартизированный набор элементов, обеспечивающих прослеживаемость и подотчетность для обеспечения того, чтобы конструкции литиевых элементов и батарей, предлагаемые для перевозки, соответствовали требованиям к испытаниям ООН 38.3. Испытания UN 38.3 учитывают такие воздействия на транспортировку, как:

Производители и последующие дистрибьюторы литиевых элементов и батарей должны предоставлять эту информацию другим участникам цепочки поставок.Обратитесь к производителю или дистрибьютору батареи, чтобы определить, прошла ли конструкция батареи эти испытания, или получите, если применимо, документ с кратким описанием испытаний. Производители батарей должны хранить копии результатов испытаний до тех пор, пока конструкция батареи предлагается для перевозки, и в течение одного года после этого.

Любое изменение или модификация литиевой батареи, которые могут привести к непрохождению любого из испытаний по ООН 38.3, должны рассматриваться как новый тип и подвергаться требуемым испытаниям. См. в Руководстве ООН информацию о типах изменений, которые могут считаться достаточно отличными от испытанного типа, так что они могут привести к неудовлетворительному результату испытания литиевой батареи.

См. § 173.185(a) для получения информации обо всех требованиях к документации по тестированию и сводке результатов тестирования. Для небольших партий и прототипов батарей см. §§ 173.185(d) и (e), соответственно, исключения из требований к испытаниям для литиевых элементов или батарей, отправляемых для утилизации или переработки, а также для небольших серий и прототипов литиевых элементов или батарей. .

Дополнительные сведения см. в приведенном ниже ресурсе.

Сводки испытаний литиевых батарей (TS)

Ресурсы для авиапассажиров :

Если вы летите, вы можете взять с собой ноутбук, мобильный телефон, камеру, планшет или другие устройства с литиевыми батареями! Эти персональные электронные устройства представляют меньший риск, если соблюдаются определенные условия и ограничения, такие как предотвращение непреднамеренной активации.Запасные батареи, в том числе багаж, оснащенный литиевыми батареями, можно упаковать в ручную кладь, если приняты меры по защите от короткого замыкания.

Информацию об условиях и ограничениях на провоз литиевых батарей или любых других опасных материалов на вашем следующем рейсе см. перед полетом на веб-сайте FAA PackSafe for Passengers.

FAA PackSafe для пассажиров

Кроме того, Управление транспортной безопасности (TSA) публикует информацию о дополнительных предметах, которые они ограничивают на рейсах.См. ресурсы TSA ниже.

TSA Что я могу принести?

Ресурсы по переработке аккумуляторов:

Из-за их уникальной угрозы безопасности литиевые батареи необходимо утилизировать и перерабатывать надлежащим образом. PHMSA регулирует коммерческую транспортировку этих батарей. Любое лицо, занимающееся транспортировкой литиевых батарей для переработки или утилизации, должно упаковывать и транспортировать эти батареи в соответствии с требованиями HMR.

Ресурсы DOT для переработчиков/операторов по сбору/перевозчиков:

Руководство по литиевым батареям для грузоотправителей

Веб-семинар веб-академии устойчивого управления материалами (SMM) — Безопасная транспортировка литиевых батарей: что вам нужно знать в 2021 году

Информация OSHA

Администрация по охране труда и здоровья (OSHA) поддерживает веб-сайт, посвященный ресурсам по утилизации батарей: https://www.osha.gov/green-jobs/recycling/batteries

Информация Агентства по охране окружающей среды

Агентство по охране окружающей среды (EPA) поддерживает веб-сайт, посвященный ресурсам по утилизации аккумуляторов: https://www.epa.gov/recycle/used-lithium-ion-batteries. Кроме того, EPA поддерживает часто задаваемые вопросы: https://www.epa.gov/recycle/frequent-questions-lithium-ion-batteries

.

Частные лица и домашние хозяйства

Частные лица должны утилизировать бытовые литиевые батареи через соответствующие каналы утилизации и никогда не должны выбрасывать литиевые батареи в мусор или в общую переработку из соображений безопасности.Переработчики электроники или центры сбора/сбора металлолома в вашем регионе можно найти в Интернете. Некоторые продуктовые магазины, магазины товаров для дома, крупные магазины и магазины бытовой электроники предлагают услуги по переработке литиевых батарей. Кроме того, ваш местный отдел твердых отходов может предложить программу сбора литиевых батарей или проводить регулярные мероприятия по сбору отходов. Производитель вашего электронного устройства может также предложить программу почтовой рассылки. Если вы используете программу доставки по почте, вы должны соблюдать все требования USPS (для почтовых отправлений USPS) или DOT (для отправлений другими перевозчиками).Организатор вашей почтовой программы должен предоставить вам рекомендации по отправке в соответствии с требованиями USPS и/или DOT.

Вы можете обратиться к веб-странице Агентства по охране окружающей среды, посвященной бытовым батареям, для получения дополнительной информации и советов по поиску подходящих каналов утилизации в вашем регионе: https://www.epa.gov/recycle/used-household-batteries

Информационный центр по опасным материалам

Есть вопрос по перевозке литиевых аккумуляторов? Нужны разъяснения по правилам обращения с опасными материалами? Информационный центр Hazmat PHMSA предоставляет индивидуальную помощь в режиме реального времени с понедельника по пятницу с 9:00 до 20:00.м. — 17:00

1-800-HMR-4922
1-800-467-4922
202-366-4488
[email protected]

Химия аккумуляторов и элементов

 

Химия клеток

Как работают клетки

 

Гальваническое воздействие

Проще говоря, батареи можно рассматривать как электронные насосы.То внутренняя химическая реакция в аккумуляторе между электролитом и отрицательный металлический электрод создает накопление свободных электронов, каждый из которых имеет отрицательный заряд, на аккумуляторе. минусовая (-) клемма — анод. Химическая реакция между электролитом и Положительный (+) электрод внутри батареи производит избыток положительных (+) ионов (атомы, у которых отсутствуют электроны, поэтому с чистым положительным зарядом) при положительная (+) клемма — катод аккумулятора.Электрический (насос) давление или разность потенциалов между клеммами + и — называется напряжением или электродвижущей силой (ЭДС).

 

Разное металлы имеют разное сродство к электронам. Когда два непохожих металлы (или соединения металлов) соприкасаются или соединяются через проводящая среда имеет тенденцию к переходу электронов из металл с меньшим сродством к электронам, который становится положительно заряженный, к металлу с большим сродством, которое становится отрицательно заряженный.Разность потенциалов между металлами будет поэтому наращивайте до тех пор, пока он просто не уравновешивает тенденцию электрона переход между металлами. В этот момент «равновесный потенциал» это то, что уравновешивает разницу между склонностью двух металлы приобретают или теряют электроны.

А Батарея или гальванический элемент хранят энергию в химической форме в своей активной материалов и может ли это преобразовывать их в электрическую энергию по требованию, обычно с помощью электрохимического окисления-восстановления (окислительно-восстановительного) реакция.(Обратите внимание, что родовое название «окислительно-восстановительный», по-видимому, заимствованный недавней конструкцией проточного аккумулятора, использующей два ванадия окислительно-восстановительные пары).

Каждый гальванический или энергетический элемент состоит как минимум из трех, а иногда и из четырех компонентов

1. Анод или отрицательный электрод (восстановительный или топливный электрод), который дает электронов во внешнюю цепь и окисляется во время электрохимическая (разрядная) реакция.Обычно это металл или сплав, но также используется водород. Анодный процесс – окисление металл с образованием ионов металлов.

   (потеря электронов LEO — окисление)

2. Катод или положительный электрод (окислительный электрод), который принимает электроны от внешней цепи и снижается при электрохимическом (разрядная) реакция.Обычно это оксид металла или сульфид, но также используется кислород. Катодный процесс – восстановление оксида оставить металл.
   (GER Gain Electrons — Reduction). Помните мнемонику рычания льва.
3. Электролит (ионный проводник), который обеспечивает среду для переноса заряда как ионы внутри ячейки между анодом и катодом. Электролит обычно представляет собой растворитель, содержащий растворенные химические вещества, обеспечивающие ионную проводимость.Он должен быть непроводником электронов, чтобы избежать самопроизвольного разрядка клетки.
4. Сепаратор , который электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Процесс выписки

 

Когда батарея полностью заряжена, есть избыток электронов на анод, придающий ему отрицательный заряд, и дефицит на катоде, придающий это положительный заряд, что приводит к разности потенциалов на клетка.

Когда цепь завершена избыточные электроны перетекают во внешнюю цепь из отрицательно заряженный анод, который отдает весь свой заряд положительно заряженному катод, который принимает его, нейтрализуя его положительный заряд. Это действие уменьшает разность потенциалов на ячейке до нуля. Схема дополняется или уравновешивается потоком положительных ионов в электролита от анода к катоду.

С электроны отрицательно заряжены электрическим током, который они представляют собой потоки в обратном направлении, от катода (положительные клемма) к аноду (минусовая клемма).

 

Две электролитные системы

 

Принципы работы гальванического элемента можно продемонстрировать на примере работы элемента Даниэля, двухэлектролитной системы.

 

КАТОД	ДЭНИЭЛЛ СЕЛЛ	АНОД
положительный полюс аккумулятора		отрицательный полюс аккумулятора
		Цинк теряет электроны быстрее, чем медь
Принимает электроны из внешней цепи		Поставляет электроны во внешнюю цепь
Отложения металлической меди на катоде		Цинк переходит в водный раствор
Сайт Сокращение		Участок Окисление
Полуэлемент с самым высоким электродным потенциалом		Полуэлемент с самым низким электродным потенциалом
Германия		Лев

Системы с двумя электролитическими первичными элементами существуют с 1836 года, когда была изобретена ячейка Даниэля для преодоления проблем поляризации.Эта компоновка показывает, что фактически имеются две полуячейки , в которых происходят химические действия. Каждый электрод погружен в отдельный электролит, с которым он реагирует. Потенциал электрода , либо положительное, либо отрицательное, это напряжение, развиваемое одним электрод. Электролиты отделены друг от друга солевым мостиком или пористой мембраной . который нейтрален и не принимает участия в реакции. В процессе осмоса, он пропускает ионы сульфата, но блокирует металлические ионы.

Эта схема с двумя электролитами обеспечивает больше степеней свободы или контроля над химическим процессом.

Хотя более сложные, эти клетки позволили построить клетки с более длительным сроком службы с помощью оптимизация комбинации электролит/электрод отдельно для каждого электрод.

Совсем недавно они использовались в качестве основы для проточных батарей, в которых электролиты прокачиваются через батарею, обеспечивая почти неограниченную емкость.

 

Цинк является очень популярным анодным материалом, и указанное выше химическое действие приводит к его растворению в электролите.

Можно сказать, что показанная ячейка Даниэля «сжигает цинк и откладывает медь»

Примечание- Простая ячейка с одним электролитом также может быть представлена ​​двумя половинками. клетки. Ее можно рассматривать как частный случай ячейки Даниэля с два одинаковых электролита.

модель клетки в виде двух полуклеток используется электрохимиками и клеточными проектировщики для расчета электродных потенциалов и характеристики химические реакции внутри клетки. Напряжение ячейки или электродвижущая сила (ЭДС) для внешнего тока, полученного от ячейки, есть разница в стандартные электродные потенциалы двух полуэлементных реакций при стандартные условия. Но настоящие гальванические элементы обычно отличаются от стандартные условия. Уравнение Нернста связывает фактическое напряжение химической ячейки со стандартным электродом потенциалов с учетом температуры и концентраций реагентов и продуктов. ЭДС ячейки будет уменьшаться по мере концентрация активных химических веществ уменьшается по мере их израсходования пока один из химикатов не будет полностью исчерпан.

Теоретическая энергия, доступная из ячейки, может быть рассчитана с использованием уравнения свободной энергии Гиббса для начального и конечного состояний равновесия.

К счастью такое глубокое знание клеточной химии и термодинамики не обычно требуется инженером по применению аккумуляторов.

Первичные элементы

В в первичных клетках эта электрохимическая реакция необратима. В течение высвобождая химические соединения постоянно изменяются и электрическая энергия выделяется до тех пор, пока исходные соединения не полностью истощен.Таким образом, ячейки можно использовать только один раз.

Вторичные элементы

В во вторичных клетках эта электрохимическая реакция обратима и исходные химические соединения могут быть восстановлены путем применения электрический потенциал между электродами, вводящий энергию в клетка. Такие элементы можно разряжать и перезаряжать много раз.

 

	Аккумулятор Действие

 

Процесс зарядки

зарядное устройство удаляет электроны с катода, оставляя на нем сетку положительный заряд и прижимает их к аноду, придавая ему отрицательный обвинение.Энергия, перекачиваемая в клетку, преобразует активные химические вещества. вернуться в исходное состояние.

Выбор активных химикатов

напряжение и ток, генерируемые гальваническим элементом, напрямую связаны с типы материалов, используемых в электродах и электролите.

Склонность отдельного металла или соединения металлов приобретать или терять электронов по отношению к другому материалу называется его электродом. потенциал.Таким образом, силы окислителей и восстановителей равны обозначаются их стандартными электродными потенциалами. Соединения с потенциал положительного электрода используется для анодов и анодов с потенциал отрицательного электрода для катодов. Чем больше разница между электродными потенциалами анода и катода, тем больше ЭДС клетки и тем большее количество энергии может быть вырабатывается клеткой.

Электрохимическая серия представляет собой список или таблицу металлических элементов или ионов, расположенных в соответствии с их электродные потенциалы.Порядок показывает склонность одного металла чтобы восстановить ионы любого другого металла ниже его в ряду.

Образец из таблицы стандартных потенциалов показывает экстремумы таблицы.

	Прочность окислителей и восстановителей
Катод (восстановление) Полуреакция Стандартный потенциал E (вольты) Li + (водн.) + e — -> Li(s) -3.04 K + (водн.) + e — -> K(s) -2,92 Ca 2+ (водн.) + 2e -> Ca(s) -2,76 Na + (водн.) + e — -> Na(s) -2.71 Zn 2+ (водн.) + 2e -> Zn(s) -0,76 Cu 2+ (водн.) + 2e -> Cu(s) 0,34 O 3 (г) + 2H + (водн.) + 2e -> O 2 (г) + H 2 O(ж) 2.07 F 2 (g) + 2e -> 2F — (aq) 2,87

значения для записей в таблице представляют собой восстановительные потенциалы, поэтому литий при вершина списка имеет самое отрицательное число, что указывает на то, что это сильнейший восстановитель.Самый сильный окислитель – фтор. с наибольшим положительным числом для стандартного электродного потенциала.

В приведенной ниже таблице показаны некоторые распространенные химические вещества, используемые для электродов батареи. расположены в порядке их относительных электродных потенциалов.

	Анодные материалы				Катодные материалы
(Отрицательные клеммы)				(плюсовые клеммы)
ЛУЧШИЙ — Наиболее негативный				ЛУЧШИЙ Самый позитивный
Литий				Феррата
Магний				Оксид железа
Алюминий				Оксид меди
Цинк				Йодат
Хром				Оксид меди
Железо				Оксид ртути
Никель				Оксид кобальта
Олово				Диоксид марганца
Свинец				Диоксид свинца
Водород				Оксид серебра
Медь				Кислород
Серебро				Оксигидроксид никеля
Палладий				Диоксид никеля
Меркурий				Пероксид серебра
Платина				Перманганат
Золото				Бромат
ХУДШЕЕ Наименее отрицательное				ХУДШЕЕ Наименее положительное

ячейки использование водных (содержащих воду) электролитов ограничено по напряжению до менее 2 вольт, потому что кислород и водород в воде диссоциировать при наличии напряжения выше этого напряжения.Литий батареи (см. ниже), в которых используются неводные электролиты, не имеют эта проблема и доступны в напряжениях от 2,7 до 3,7 Вольт. Однако использование неводных электролитов приводит к тому, что эти клетки с относительно высоким внутренним сопротивлением.

 

Альтернативные химические реакции

Совсем недавно была разработана новая клеточная химия с использованием химических реакций, альтернативных традиционной окислительно-восстановительной схеме.

Металлогидридные ячейки

Металл химический состав гидридных ячеек зависит от способности некоторых металлов поглощать большое количество водорода. Эти металлические сплавы, называемые гидридами, может обеспечить поглотитель водорода, который может обратимо реагировать в химия аккумуляторных батарей. Такие металлы или сплавы используются для отрицательного электроды. Положительный электрод представляет собой гидроксид никеля, как в NiCad батареи.Электролит, который также является водным абсорбентом водорода. раствор, такой как гидроксид калия, не принимает участия в реакции, но служит для транспортировки водорода между электродами.

Литий-ионные элементы

Скорее чем традиционное окислительно-восстановительное гальваническое действие, литий-ионный вторичный элемент химия зависит от механизма «интеркаляции». Это включает в себя внедрение ионов лития в кристаллическую решетку хозяина электрод без изменения его кристаллической структуры.Эти электроды имеют два ключевых свойства

1. Открытые кристаллические структуры, позволяющие вводить или извлекать ионы лития
2. Способность одновременно принимать компенсирующие электроны

Такие электроды называются интеркаляционными хостами.

В типичный литиевый элемент, анод или отрицательный электрод основан на Углерод и катод или положительный электрод изготовлены из лития. Диоксид кобальта или диоксид марганца лития.(Другие химические вещества также возможно)

Так как литий вступает в реакцию бурно с водой, электролит состоит из неводных органические соли лития и действует исключительно как проводящая среда и не не принимают участия в химическом действии, а так как вода не участвует в химическое действие, выделение газообразных водорода и кислорода, как в многие другие батареи также исключаются.

 

Во время разрядные ионы лития диссоциируют от анода и мигрируют через электролит и внедряются в кристаллическую структуру принимающее соединение.При этом компенсирующие электроны движутся во внешней цепи и принимаются хостом для балансировки реакция.

Процесс полностью обратимый. Таким образом, ионы лития перемещаются туда и обратно между электроды во время зарядки и разрядки. Это породило называет элементы «Кресло-качалка», «Качели» или «Волан» для литиевых ионные аккумуляторы.

 

Вариации на литиевой технологии также используются в первичных элементах, которые были изначально разработан для космических и военных приложений.К ним относятся Химические составы литий-тионилхлорид и литий-диоксид серы, которые использовать реактивные электролиты и жидкие катоды для получения более высокой энергии и плотности мощности.

Альтернативные химические вещества – специальные ароматизаторы

Проектирование лучшая батарея — это не просто вопрос выбора пары элементов с большей разницей электродных потенциалов существует множество других факторы, которые вступают в игру.Это могут быть: наличие и стоимость сырье, стабильность или безопасность химической смеси, технологичность компонентов, обратимость электрохимическая реакция, электропроводность компонентов, рабочие температурный диапазон и вполне возможно желание обойти некоторые патент другого производителя. Все эти соображения приводят к использовать ограниченный набор основных химических веществ, но с более широким разнообразием запатентованные рецептуры материалов.

 

Более В течение многих лет был разработан широкий спектр клеточных химикатов и добавок. разработан для оптимизации производительности ячеек для различных приложений.

Альтернатива активные соединения могут быть заменены для увеличения плотности энергии (см. ниже), увеличьте текущую емкость, уменьшите внутреннее сопротивление, уменьшить саморазряд, увеличить напряжение на клеммах, улучшить Кулоновская эффективность или снижение затрат.

Дополнительный соединения могут быть включены для изменения поведения активного составы для увеличения срока службы, предотвращения коррозии или утечек, контролировать поляризацию или повысить безопасность.Они могут включать катализаторы, которые можно использовать для продвижения или ускорения желаемого химического действия, такие как рекомбинация активных химических веществ в герметичных ячейках. Они могут также включать ингибиторы, которые могут быть добавлены для замедления или предотвращения нежелательных физических или химических воздействий, таких как образование дендриты.

 

Добавлено к диапазону доступных клеточных химических процессов относятся различные клеточные емкости и физические конструкции элементов, батареи таким образом, у инженера по приложениям есть широкий выбор вариантов, из которых выберите.

 

Плотность энергии

плотность энергии – это мера количества энергии на единицу веса или на единицу объема, который может храниться в аккумуляторе. Таким образом, для данного вес или объем Химический состав клетки с более высокой плотностью энергии будет хранить больше энергии или, альтернативно, для данной емкости хранения более высокая энергия ячейка плотности будет меньше и легче. На приведенной ниже диаграмме показаны некоторые типичные примеры.

Относительная плотность энергии некоторых распространенных вторичных клеточных химических реакций

В общие более высокие плотности энергии достигаются за счет использования более реактивных химические вещества. Недостатком является то, что более реактивные химические вещества, как правило, нестабильна и может потребовать специальных мер предосторожности. Плотность энергии также зависит от качества активной материалы, используемые в конструкции ячейки с примесями, ограничивающими ячейку способности, которые могут быть достигнуты.Поэтому клетки из разных производители с аналогичным химическим составом ячеек и аналогичной конструкцией могут иметь различную энергоемкость и производительность разряда.

Примечание что часто есть разница между цилиндрическим и призматическим клетки. Это связано с тем, что указанная плотность энергии обычно не относится к только на химические вещества, но и на всю клетку, принимая во внимание материалы корпуса ячейки и соединения. Таким образом, плотность энергии под влиянием или ограничены практическими аспектами конструирования клеток.

Поставка основных химических элементов

Беспокоитесь о доступности экзотических химикатов и возможном влиянии будущего спроса на цены?

На приведенной ниже диаграмме показано относительное содержание химических элементов в земной коре.

Источник — Информационный бюллетень Геологической службы США 087-02

Примечание. На приведенной выше диаграмме литий в 20-100 раз больше больше, чем свинец и никель.Причина, по которой это менее распространено, заключается в том, что Литий, будучи гораздо более реакционноспособным, чем любой другой металл, обычно не встречается в свободном состоянии, но сочетается с другими элементами. От напротив, свинец, будучи менее реакционноспособным, чаще встречается в свободном состоянии. и его легче извлекать и очищать. тяжелые металлы кадмий и Ртуть, использование которой в настоящее время не рекомендуется из-за ее токсичности, составляет 1000 единиц. раза реже, чем литий.

Токсичность лития

В случае вы задавались вопросом, были ли какие-либо токсические эффекты, связанные с литий, утверждается, что литий, наоборот, обладает терапевтическим преимущества.Безалкогольный напиток «7Up» начал свою жизнь в 1929 году, за два месяца до крах Уолл-Стрит с броским названием «Литиатив Лимонно-лаймовая сода». «7Up» содержал цитрат лития до 1950 года, когда он был переформулирован, как говорят некоторые, из-за ассоциации лития с психическим болезнь. С 1940-х годов литий в форме карбоната лития успешно применяется при лечении психических расстройств, особенно маниакальная депрессия. Однако, как и в случае с большинством химических веществ, небольшие дозы могут быть безопасно или терапевтично, но слишком много может быть фатальным.

Сделайте свою собственную батарею дома или в школе

См. «Самодельные батареи» для получения инструкций о том, как сделать батарею из простых материалов, доступных в домашних условиях.

Практическая клеточная химия

Некоторые описаны наиболее распространенные клеточные химические процессы и приложения для чего они подходят если пройти по ссылкам ниже:-

Первичные ячейки

Дополнительные элементы

 

Необычные батарейки

 

Сравнительная таблица клеточной химии

Альтернативные методы производства и хранения энергии

 

.