Как проверить плотность аккумулятора — Статьи

Каждая АКБ является накопителем электрической энергии. Принимая во внимание тот факт, что без батареи ни один автомобиль работать не сможет, крайне важно тщательно следить за ее состоянием. Одним из самых значимых моментов в подобном анализе является вопрос о том, как проверить плотность аккумулятора.

Технические нормативы

Электролит – это раствор серной кислоты, взаимодействующий со свинцом. Сочетание данных элементов дает напряжение, составляющее приблизительно 12 вольт.

Уровень плотности электролита при эксплуатации транспортного средства постоянно колеблется. Какая плотность АКБ является оптимальной? Значения 1.25-1.29 г/см3 принято считать идеальными.

Если отказаться от поддержания необходимого уровня плотности, батарея будет быстро разряжаться. Более того, резко снизится срок ее эксплуатации. В большинстве случаев плотность «проседает» при перезарядках, когда температура становится слишком высокой (электролит и вода испаряются).

Важная информация

Перед тем, как проверить плотность АКБ, изучите следующие данные:

• Слишком высокий уровень плотности электролита – это не преимущество, а недостаток. Если вы зафиксировали завышенные значения, смело разбавляйте серную кислоту дистиллятом. А все потому, что чрезмерное содержание серной кислоты оказывает негативное влияние на состояние пластин. Практика знает случаи, когда такие компоненты просто-напросто разъедались;
• Если вы зафиксировали значение, которое ниже нормальной плотности АКБ, приступайте к зарядке батареи. Данный процесс должен длиться, как минимум, 10 часов.

Проверка

Как проверить плотность аккумулятора? Для этой цели вам понадобится прибор под названием ареометр. От вас потребуется выполнить следующие шаги:

• Убедитесь в том, что температура в помещении составляет 20-25°С;
• Тщательно очистите корпус устройства от грязи и пыли. Крайне важно, чтобы в мерном образце не было посторонних частиц;
• Опустите измерительный прибор в отверстие и захватите некоторый объем электролита;
• Проанализируйте показания;
• Слейте электролит обратно.

Помните о том, что такую процедуру следует провести для каждой банки. Чтобы получить максимально точные результаты, зарядите батарею. До проведения измерения она должна выстоять 3 часа при комнатной температуре. Описываемую операцию необходимо выполнять в защитных перчатках.

Наши услуги

Если вы хотите купить легковой аккумулятор, свяжитесь с нами по номеру +7 (343) 312-81-50. мы работаем как с юридическими лицами, так и частными автовладельцами. Мы гарантируем высокое качество поставляемой продукции. В наличии имеются все необходимые сертификаты и лицензии.

Все способы как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Автор Акум Эксперт На чтение 7 мин Просмотров 5.4к. Опубликовано 17.06.2020 Обновлено 24.05.2021

Аккумуляторная батарея постоянно работает в режиме разряда-заряда. Чтобы продлить время её эксплуатации, следует поддерживать её заряд на максимальном уровне. А для этого время от времени необходимо проверять уровень заряда АКБ. Сделать это можно разными способами, но самый надёжный — измерить плотность электролита. Поэтому многие водители задаются вопросом, как проверить плотность аккумулятора.

Ареометр в работе

Что такое плотность и на что она влияет

Обязательным элементом свинцово-кислотной батареи является электролит. Это серная кислота, разбавленная дистиллированной водой. Плотность воды составляет 1 грамм на миллилитр (г/мл). У серной кислоты она выше, чем у воды, и составляет 1,84 г/мл. Концентрированная кислота способна растворить многие металлы, в том числе и свинец, поэтому её следует разбавлять водой. Разбавленная водой кислота называется электролитом. Разбавляют её до пропорции, при которой она неспособна растворить свинец, но позволяет протекать химическому процессу, называемому электролитической диссоциацией (разновидность электролиза).

Чем выше плотность, тем сильнее электролиз, но тем быстрее идёт разрушение свинца. Наиболее оптимальная плотность для аккумуляторов 1,27 г/мл для районов умеренного климата со средней температурой от -20 до +30°С.  Такую плотность имеет полностью (100 %) заряженный новый аккумулятор. Для северных регионов это значение составляет 1,29 г/мл, для южного жаркого климата — 1,25 г/мл.

Таблица с рекомендуемыми значениями плотности электролита для полностью заряженной батареи

В продажу поступает серная кислота уже в виде электролита плотностью 1,3 г/мл. С учётом условий эксплуатации аккумулятора её доводят до нужных параметров.

Как уже отмечалось выше, чем больше плотность электролита, тем сильнее электролиз и тем выше потенциал на выводах батареи. Новая АКБ имеет плотность 1,27 г/мл и напряжение на клеммах 12,8 В. За время эксплуатации батареи при регулярном недозаряде на её свинцовых пластинах образуется нерастворимый сульфат свинца, соединение серной кислоты со свинцом. Называется это сульфатацией пластин. При заряде батареи уже не вся кислота высвобождается, и плотность электролита снижается. А следовательно, снижается и интенсивность электролиза. Напряжение на клеммах будет уже меньше 12,8 В. А попытка зарядить батарею до начального значения напряжения лишь приводит к кипению электролита — активному выделению пузырьков водорода и кислорода. Это процесс разложения воды. Потеря воды приводит к повышению плотности.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Слишком высокая или низкая плотность одинаково недопустимы и значительно снижают срок эксплуатации АКБ.

В условиях эксплуатации автомобиля с частыми пусками двигателя и коротким пробегом происходит ускоренная сульфатация пластин и снижение плотности электролита. При эксплуатации машин в дальних рейсах с длительной работой двигателя происходит перезаряд батареи и разложение воды на газы, а плотность электролита повышается. Напряжение на клеммах уже не отражает степень заряженности батареи. И чтобы точно узнать состояние аккумулятора, нужно произвести измерение плотности электролита. Для этого используют ареометр.

Наиболее популярный тип ареометра

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на Законе Архимеда.

Как пользоваться ареометром — подробная инструкция

Ареометр представляет собой стеклянную колбу (пипетку) с помещённым внутрь измерительным грузом-поплавком (ареометром), на котором нанесены деления с указанием величин от 1,1 в верхней точке поплавка до 1,3 и даже 1,32 г/мл внизу шкалы. Нижняя часть колбы имеет тонкую трубку, которую легко можно опустить через отверстие аккумулятора в его банку для забора электролита. На верхнюю часть колбы надевается резиновая груша, которая применяется для всасывания раствора в колбу.

Устройство ареометра

У некоторых ареометров несколько поплавков разного веса, которые всплывают при заполнении колбы. Плотность будет соответствовать поплавку, всплывшему частично или не всплывшему первому после всплывших. Встречаются дешёвые пластиковые изделия иной формы, но принцип их действия такой же.

Другие разновидности ареометра

Измерение ареометром производят при температуре электролита +20 … +30°C. Если температура иная, то необходимо применять корректировочные поправки к показанию ареометра.

Поправки к показаниям ареометра при измерении электролита разной температуры

Пользование ареометром настолько простое, что даже можно проверить плотность электролита в домашних условиях. Чтобы проверить плотность аккумулятора, необходимо выполнить следующие действия:

1. Подготовить ареометр, собрать прибор, если он находится в разобранном виде в футляре.
2. Подготовить аккумулятор, выкрутить пробки из отверстий в крышках банок, либо снять общую планку с пробками на ней.
3. Подготовить стеклянную банку или пластиковый сосуд с дистиллированной водой для промывки и продувки ареометра между замерами.
4. Опустить носик прибора в банку аккумулятора до касания с пластинами сепаратора.
5. Сжать грушу для выдавливания воздуха из колбы.
6. Освободить грушу для принятия начальной формы и забора электролита из банки батареи в колбу.
7. Наполнить колбу жидкостью так, чтобы поплавок всплыл.
8. Отметить визуально уровень шкалы поплавка на границе поверхности электролита в колбе. Указанное на шкале значение соответствует плотности электролита.
9. Выдавить жидкость обратно в банку батареи.
10. Ареометр опустить в сосуд с дистиллированной водой и пару раз промыть остатки электролита в колбе путём нажатия и отпускания груши.

Визуальная фиксация отметки на шкале ареометра

Следует добавить, что при помощи ареометра можно корректировать плотность электролита, добавляя дистиллированную воду или электролит плотностью 1,3 г/мл. по необходимости в банки и произведя измерения. Только для выравнивания плотности в банке требуется время после каждой добавки, а такую корректировку проводят на полностью заряженном аккумуляторе с температурой электролита около +25 °C.

Можно ли измерить без ареометра

Измерить плотность без ареометра не получится. Но можно изготовить ареометр самому, самым важным элементом которого является измерительный поплавок-грузик. Изготовить можно из полой пластиковой трубки, например соломинки для напитков, в которую помещается груз. Точность измерения будет зависеть от точности нанесения шкалы на грузик и известной плотности измеряемых эталонов жидкости. Сначала поплавок помещается в дистиллированную воду и отмечается линия окружности поверхности воды на поплавке. Эта линия соответствует 1,0 г/мл. Затем поплавок помещается в электролит, купленный в магазине с удельным весом, например, 1,3 г/мл. Линия поверхности электролита на поплавке будет соответствовать плотности 1,3 г/мл. Расстояние между двумя полученными значениями измеряется в мм и делится на разницу значений — 30. Теперь на поплавок можно нанести шкалу с любым шагом, но лучше для значений 1,27; 1,25; 1,23; 1,2; 1,15; 1,1.

Отбор электролита можно произвести обычной резиновой грушей в стеклянный стакан, куда помещается изготовленный поплавок-грузик.

Самодельный ареометр из пластиковой трубки для соков

Можно ли проверить плотность в необслуживаемом аккумуляторе

У необслуживаемых аккумуляторов нет откручиваемых пробок на банках. Однако при изготовлении батареи отверстия присутствуют. После заполнения электролитом эти отверстия закрываются одноразовыми пробками, иногда расположенными на общей планке, и запаиваются или заклеиваются. При необходимости можно аккуратно эти пробки снять, и аккумулятор превратится в обслуживаемую батарею. В некоторых случаях отверстия в месте расположения пробок выполняют при помощи сверла, что также позволяет произвести забор электролита и его корректировку.

Сверлятся отверстия 12 мм под резиновые пробки для аптечных пузырьков

Важно в ходе таких действий заранее понимать, как после окончания обслуживания эти отверстия вновь надёжно закрыть. Это можно сделать с применением того же пластика, из которого изготовлен корпус батареи, или подобного. Пластик легко клеится, плавится и спаивается.

Если вскрыть необслуживаемую батарею удалось, то проверить плотность электролита в аккумуляторе можно так же, как описывалось выше.

Аккумулятор превратился в обслуживаемыйСпасибо, помогло!7Не помогло

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе?

Диагностика и ремонт4 марта 2018

Если на машине установлен источник питания обслуживаемого типа, снабженный откручивающимися пробками, автолюбитель может в любой момент проверить плотность электролита в аккумуляторе. Периодические замеры позволяют контролировать работоспособность батареи и поддерживать ее в нормальном техническом состоянии. Отсюда задача данной публикации – рассказать о процедуре измерения и способах корректировки плотности.

Условия проведения замеров

Показателем «здоровья» кислотно-свинцовых аккумуляторов является плотность электролита, измеряемая в граммах на кубический сантиметр (г/см³). Последний представляет собой раствор обессоленной (дистиллированной) воды с концентрированной серной кислотой. Когда источник питания отдает энергию бортовой сети автомобиля, данный параметр снижается, в процессе зарядки и восстановления – повышается.

Благодаря описанному свойству электролитической жидкости техническое состояние обслуживаемого аккумулятора можно контролировать. Когда в одной из секций (в просторечии – банок) плотность раствора остается низкой, невзирая на длительную подзарядку, встает вопрос о работоспособности батареи и необходимости ее замены. Превышение нормы указывает на испарение воды из электролита вследствие постоянного кипения – жидкость становится плотнее.

Справка. В процессе кипения электролита испаряется только вода, серная кислота остается в растворе, но ее концентрация возрастает. Водяной пар выходит наружу через специальный клапан.

Замер плотности производится в определенных условиях:

• температура электролитической жидкости находится в пределах 20–22 °С;
• источник питания должен быть полностью заряжен;
• температура окружающей среды – 20–25 °С.

При соблюдении перечисленных условий нормальный показатель для всех банок исправного аккумулятора составит 1,27–1,29 г/см³, минимально допустимый – 1,25 г/см³. Если не выдержать указанные требования и измерить плотность электролита при более низкой температуре либо на разряженной батарее, то результаты не отразят реальной картины. Полученные значения будут заметно ниже нормы.

Подготовка к проверке

Чтобы добиться максимально точных результатов замеров, выполните ряд подготовительных действий:

1. Очистите от пыли и грязи поверхность корпуса, где расположены пробки. Задача – избежать попадания мусора внутрь после выкручивания крышек.
2. Зарядите аккумуляторную батарею до максимума.
3. В холодный период года аккумулятор придется снять с автомобиля, занести в теплое место и дать корпусу прогреться до комнатной температуры.
4. Перед подзарядкой выверните пробки и убедитесь, что пластины каждой секции полностью погружены в кислотный раствор. При необходимости долейте дистиллированную воду и произведите зарядку.

Оптимальный уровень электролита над пластинами – 15 мм, минимальный – 1 см. Проверить несложно: опустите в колодец тонкую стеклянную трубку, закройте с другого конца пальцем и вытащите наружу. Высота столба жидкости в трубке покажет реальный уровень над банками.

Из инструментов потребуется специальный прибор для измерения плотности – ареометр. Представляет собой стеклянную колбу с грушей для всасывания жидкости, внутрь помещен прозрачный поплавок с цифровой шкалой. Нехитрый прибор действует по закону Архимеда – чем плотнее раствор, тем сильнее он выталкивает погруженное тело.

Справка. Некоторые необслуживаемые источники питания оснащаются пластиковым глазком, позволяющим наблюдать за состоянием жидкости. Аккуратно демонтировав эту деталь, вы получите доступ хотя бы к одной секции батареи.

Перед измерениями установите источник питания на ровную поверхность либо закрепите в штатном кронштейне автомобиля. Выкрутите все крышки – поскольку секции разделены глухими стенками и не сообщаются между собой, мерить придется в каждом колодце отдельно. Правильно проверить плотность кислотного раствора поможет шкала ареометра – большинство производителей ставят на ней минимальную и максимальную отметку.

Как правильно измерять?

Процесс замера сложности не представляет и выполняется в следующем порядке:

1. Опустите наконечник в первый открытый колодец, сдавите резиновую грушу и втяните электролит внутрь колбы.
2. Удерживая ареометр вертикально и не вынимая из отверстия, добейтесь, чтобы поплавок не касался стенок колбы.
3. Запомните показания и выдавите кислотный раствор обратно в аккумулятор.
4. Операцию повторите на оставшихся банках.

Совет. Держите под рукой ветошь, чтобы обтирать наконечник от электролита после извлечения из очередного колодца. Используйте резиновые перчатки – жидкость агрессивна и способна разъесть кожу при попадании.

Выполняя измерение плотности электролита в аккумуляторе, записывайте показания по каждой секции. Чтобы освободить руки, аккуратно откладывайте ареометр на ветошь. По окончании замеров хорошенько промойте стеклянные детали прибора проточной водой и переходите к анализу результатов.

Показатель выше нормы

Если в одной либо нескольких банках электролит оказался плотнее нормы, есть повод проверить исправность регулятора напряжения и электрогенератора. Что происходит в батарее: концентрация кислоты в растворе повышается из-за недостатка воды, которая испаряется вследствие кипения. Значит, имеет место так называемая перезарядка – напряжение на клеммах аккумулятора слишком велико.

Восстановить требуемую плотность электролита довольно просто – необходимо добавить в нужные секции дистиллированную воду пользуясь инструкцией:

1. Измерьте уровень электролита в банке. Если он оказался недостаточным, долейте нужное количество воды и повторите замер плотности.
2. В случае когда уровень жидкости соответствует норме, доливать дистиллят нельзя. Пользуясь грушей ареометра, отсосите часть раствора и слейте его в стеклянную закрывающуюся емкость.
3. Доливая порции чистой воды и электролита, добейтесь оптимальной концентрации кислоты в растворе – 1,27 г/см³.

После восстановления нормальной плотности во всех банках аккумулятор рекомендуется дополнительно зарядить малым током – до 3 ампер.

Пониженная плотность раствора

Если проверка ареометром выявила низкую концентрацию кислоты в одной секции, за батареей придется наблюдать. Вполне вероятно, что между пластинами произошло замыкание и срок службы источника питания исчерпан. Вариант второй – сульфатация пластин, возникающая из-за глубокого разряда либо недостаточного напряжения зарядки на автомобиле.

Сделать электролитическую жидкость плотнее можно тремя проверенными способами:

• испарение лишней воды путем длительной зарядки и медленного кипячения;
• замещение части кислотного раствора более концентрированным;
• добавление серной кислоты.

Примечание. Существует способ полной замены жидкости, предусматривающий промывку батареи. Не применяйте его без крайней нужды – в процессе опорожнения свинцовые крошки, осевшие на дне аккумулятора, могут попасть между пластин и устроить замыкание, ведущее к разрушению банки и непригодности источника питания к дальнейшей эксплуатации.

Для реализации первого способа понадобится зарядное устройство, чей ток регулируется вручную. Порядок действий выглядит так:

1. Определите ток зарядки, взяв 3% от начальной емкости батареи. Пример: аккумулятор на 60 А*ч нужно заряжать силой тока 60 х 0,03 = 1,8 А.
2. Поставьте автономный источник питания на зарядку и дождитесь появления пузырьков.
3. Отрегулируйте ток заряда и по мере испарения воды измеряйте плотность. Когда она достигнет нормы, отключите «зарядник».

Если в процессе кипения уровень жидкости сильно понизился, придется купить готовый электролит нормативной плотности 1,27 г/см³ и долить нужное количество в банки.

Замещение кислотного раствора производится по аналогии с доливкой дистиллированной воды. Жидкость отсасывается из колодца грушей, на ее место заливается более плотный раствор, купленный в магазине. В продаже имеются электролиты с показателями 1,34–1,41 г/см

3. Затем делается проверка плотности, при необходимости – корректировка и полная зарядка батареи.

Трудность третьего варианта заключается в отсутствии раствора серной кислоты высокой концентрации – отыскать и купить его практически невозможно. Если вам удалось достать указанное химическое вещество, добавляйте его в банки маленькими порциями, буквально по 1 см³, с помощью шприца. Действуйте осторожно и пользуйтесь средствами индивидуальной защиты – серная кислота весьма агрессивна.

как проверить и повысить плотность электролита

Плотность электролита в аккумуляторе является важнейшим параметром для кислотных АКБ. От плотности электролита напрямую зависит срок службы и общая работоспособность батареи, емкость аккумулятора, способность накапливать и удерживать с заряд, а также работать под нагрузкой.

При этом в процессе эксплуатации  плотность в аккумуляторе может меняться, что указывает на необходимость проверки. Далее мы рассмотрим, какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе, как проверить плотность аккумулятора, а также как повысить плотность в аккумуляторе при такой необходимости в рамках обслуживания АКБ.

Содержание статьи

Какая плотность должна быть в аккумуляторе автомобиля

Итак, прежде чем рассматривать, какая должна быть плотность электролита и как правильно поднять плотность аккумулятора, важно понимать, что под самой такой плотностью следует понимать удельный вес кислоты в растворе, который залит в банки АКБ. 

Прежде всего, проверка плотности является важным этапом в рамках обслуживания АКБ. Так вот, в свинцовых батареях плотность измеряется в граммах на см3. Показатель плотности пропорционален концентрации раствора, а также зависит от температуры. Чем сильнее нагрет раствор, тем меньшей будет плотность.

При этом плотность электролита указывает на то, в каком состоянии находится АКБ. Как правило, если аккумулятор теряет способность держать заряд, необходимо проверять уровень и состояние электролита в банках. Такая проверка осуществляется ареометром, при этом температура должна быть около 25 градусов Цельсия. Если температура другая, необходимо внести отдельные поправки (можно использовать таблицу).

Идем далее. В процессе эксплуатации АКБ важно, чтобы показатель плотности электролита соответствовали норме, причем с учетом климатических условий.  Это значит, что плотность электролита зимой и летом отличается. Если климат умеренный (нет большой жары и холода), плотность электролита должна быть 1.25-1.27 г/см3. Если в регионе морозы больше -30, тогда значение повышают на 0,01 г/см3 больше, если же стоит сильная жара выше +30, тогда показатель уменьшают на 0,01 г/см3.

Если же морозы сильные (температура опускается до -50 °С), чтобы электролит в АКБ не замерз, в таком случае нужно повышать плотность электролита в аккумуляторе зимой до 1.29 г/см3.

Для наглядности, таблица плотности электролита в аккумуляторе позволяет понять, какой должна быть плотность аккумулятора зимой или летом, в условиях сильной жары или холода, в умеренном климате и т.д. При этом важно учитывать, что чем меньшей будет плотность, тем большим оказывается общий срок службы аккумулятора автомобиля. Это значит, что без необходимости повышать плотность не рекомендуется.

Еще нужно учитывать, что АКБ, установленная на машину, заряжена не на 100%, а на 85-90% от номинальной ёмкости. Это значит, что плотность электролита при замерах зачастую оказывается ниже по сравнению с полностью заряженной АКБ. По указанным выше причинам нужно выбрать значение, которое немного выше (на 0.01), чем приведено в таблице плотности. Такой подход  будет означать, что аккумулятор не замерзнет зимой.

Однако если речь идет о лете, слишком высокая плотность может привести к закипанию электролита в АКБ. Важно соблюдать баланс, так как повышение плотности сокращает срок службы батареи, тогда как понижение приводит к снижению напряжения, аккумулятор хуже крутит стартер, быстрее разряжается и т.д.

Еще добавим, что если зимой температура не падает ниже -30 и летом не повышается выше + 30, тогда изменять стандартное значение плотности аккумулятора не следует. Главное, следить, чтобы это значение постоянно сохранялось.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Итак, номинальная плотность электролита в аккумуляторе зимой составляет 1,27. Если температуры ниже -35, тогда плотность повышается до 1.28 г/см3. При этом дальнейшее увеличение плотности  также не рекомендуется.

Если же плотность снижена, например, до 1.09, тогда электролит замерзнет уже при -7 градусах по Цельсию. Однако, если зимой обнаружено, что плотность понизилась, вместо того, чтобы сразу ее поднимать, нужно сначала хорошо зарядить АКБ от зарядного устройства.

На деле, зимой часто во время коротких поездок аккумулятор не успевает зарядиться, плохо накапливает заряд и т.д. В результате снижается заряд АКБ, а также падает и плотность. При этом плотность  путем доливки кислоты изменять самостоятельно не рекомендуется.

Допускается изменение разве что путем использования дистиллированной воды для коррекции уровня (норма 1.5 см над пластинами в АКБ легковых авто или 3 см. в грузовых авто). При этом если АКБ новая или полностью работоспособная, изменение плотности электролита при  полном разряде и полном заряде должно быть на отметке 0.15-0.16 г/см3.

Еще важно учесть, что нельзя использовать разряженный аккумулятор при минусовой температуре, так как электролит замерзает и разрушаются свинцовые пластины.  На практике, если аккумулятор разряжен на половину зимой и больше чем на четверть летом, АКБ нужно подзарядить.

Что касается плотности аккумулятора летом, обычно банки пересыхают и плотность повышается. С учетом того, высокая плотность плохо влияет на пластины, лучше держать показатель на 0.02 г/см3 ниже оптимального значения в регионах с жарким климатом.

На деле, летом вода из банок АКБ активно испаряется, так как наружная температура воздуха и нагрев под капотом (где зачастую и стоит батарея) также приводят к сильному повышению температуры аккумулятора. В результате аккумулятор «кипит».

При этом понижение плотности не сказывается на качестве отдачи тока при нагреве АКБ. Например, даже при 1,22 г/см3 батарея будет хорошо крутить стартер. Получается, если на улице жарко, уровень электролита понижается и повышается плотность. В свою очередь, высокая плотность «убивает» батарею.

Чтобы этого не произошло, нужно проверять уровень электролита и доливать воду в аккумулятор, понижая плотность и поддерживая нужный уровень раствора в банках, чтобы предотвратить перезаряд и осыпание пластин. При этом следует помнить, что постоянные доливки воды в аккумулятор приводят к тому, что плотность падает.  При низкой плотности дальше пользоваться батареей нельзя, так как требуется повысить плотность электролита в аккумуляторе.

Как проверить плотность в аккумуляторе

Разобравшись с тем, на что влияет плотность в АКБ и какой она должна быть, перейдем к тому, как проверяется плотность в аккумуляторе. Такую проверку нужно выполнять каждые 20-25 тыс. км. пробега, а также  перед наступлением лета и зимы.

Для замера нужен прибор, который называется ареометр (денсиметр). Фактически, это стеклянная трубка с ареометром внутри. На одном конце есть наконечник из резины, а на другом груша.

Для проверки следует поочередно выкручивать крышки банок обслуживаемого аккумулятора, затем погрузить резиновый наконечник в раствор, грушей втянуть электролит. Далее ареометр со шкалой покажет, какова плотность раствора. Чем меньше плотность, тем ниже заряд батареи.

Кстати, еще добавим, что необслуживаемые АКБ проверить данным способом не удается, так как нет прямого доступа к банкам. При этом на таких АКБ есть особый цветовой индикатор  заряда (индикатор плотности) необслуживаемого аккумулятора.

Фактически, если индикатор зеленый, тогда это указывает, что АКБ заряжена на 65 или 100%. Если же плотность низкая и батарею нужно заряжать, тогда индикатор будет черным. Более того, если цвет, например, красный,  тогда это указывает на выкипание воды и необходимость долива. Кстати, на самой АКБ должна быть наклейка, указывающая, о чем говорит цвет индикатора в том или ином случае. 

Теперь вернемся к проверке. Проверка плотности электролита должна производиться на полностью заряженном аккумуляторе. При этом заряжать АКБ можно только тогда, когда уровень в банках в норме.  Другими словами, порядок следующий:

• сначала корректируется уровень электролита, затем АКБ заряжается полностью;
• после окончания зарядки и отключения ЗУ также следует дать батарее «устояться» около 2-3 часов.
• после выполняется проверка плотности электролита в аккумуляторе.

Если долить воду или зарядить АКБ и сразу мерить плотность, данные будут не точными. Также важно измерять плотность при оптимальной температуре воздуха. Если имеют место отклонения, тогда  нужно сверяться с приведенной выше таблицей и вносить поправки.

Когда делается забор электролита, ареометр должен быть в покое и плавать, при этом не касаться стенок. Замеры из каждой банки АКБ следует записать. Важно, чтобы плотность электролита была приблизительно одинаковой во всех банках.

Если замечено, что плотность сильно понизилась в одной банке или нескольких, но не во всех, тогда это указывает на дефекты. Как правило, речь идет о коротком замыкании пластин аккумулятора. Если же плотность упала во всех банках, это указывает на то, что АКБ в глубоком разряде, пластины осыпались или старая батарея отработала свой ресурс.

Для точного определения причины нужно проверить напряжение аккумулятора мультиметром и с нагрузочной вилкой. В случае, когда плотность высокая, это также говорит о проблемах. Как правило, плотность повышается, когда электролит закипает.

Так или иначе, нужна корректировка с использованием корректирующего раствора или дистиллированной воды, после чего выполняется зарядка АКБ номинальным током (около 30 мин), а также затем батарея выдерживается нескольких часов в состоянии покоя. Это нужно, чтобы выровнять плотность в банках. Давайте рассмотрим,  как повысить плотность электролита в аккумуляторе, более подробно.

Как поднять плотность аккумулятора

Прежде всего, важно знать, как правильно поднимать плотность в аккумуляторе. Прежде всего, при работе с электролитом нужно быть предельно осторожным, так как в составе раствора есть серная кислота.

Кислота может вызывать ожоги кожи, слизистых и дыхательных путей. Работать с электролитом нужно в хорошо проветриваемом помещении, надевать перчатки, маску и т.д. Еще нужно учитывать все нюансы и знать, как поднять плотность в аккумуляторе.

Обратите внимание, необходимость это делать возникает в том случае, когда уровень электролита в банках несколько раз корректировался водой  или замеры плотности указывают, что плотность слишком низкая для зимы.

Также повышать плотность нужно после длительных перезарядок аккумулятора. Как правило, поднимать плотность нужно, если интервал заряда и разряда заметно сократился. Для понятия плотности АКБ можно использовать концентрированный электролит (корректирующий раствор электролита) или просто добавить кислоты.

В любом случае, нужно иметь ареометр, мерный стакан, емкость для разведения электролита, корректирующий  раствор электролита или кислоту, дистиллированную воду.

• В общих чертах, из банки аккумулятора грушей откачивается немного электролита, затем в таком же количестве добавляется корректирующий электролит для поднятия плотности или дистиллированная вода для понижения;
• Затем АКБ на 30 минут ставится на зарядку от ЗУ, заряжать нужно номинальным током, чтобы жидкость смешалась;
• Далее батарея отключается от ЗУ, выдерживается пауза около 2-3 часов, чтобы за это время плотность во всех банках выровнялась, вышли пузырьки газов, снизалась температура;
• Теперь можно снова проверить плотность электролита, при необходимости, повторить процедуру, уменьшая или увеличивая количество;
• При замерах разница плотности во всех банках не должна быть больше 0,01 г/см3. Если такой плотности не удается добиться, тогда нужно снова делать так называемую выравнивающую зарядку, причем током, который в 2-3 раза меньше номинального тока заряда.

Чтобы было удобнее, рекомендуется заранее изучить, какой объем в см3 в каждой банке конкретного АКБ. Сам электролит имеет состав в следующих пропорциях: 40% серной кислоты на 60% дистиллированной воды. Кстати, пропорции и плотность можно рассчитывать и по формуле, однако на практике проще воспользоваться таким методом:

• из банки откачивается жидкость и сливается в мерный стакан, что позволяет определить объем;
• затем сливается половина от полученного количества, а другая заполняется электролитом (стакан нужно покачать для перемешивания).

Если значения плотности все равно низкие, тогда можно долить еще ¼  электролита от выкачанного из банки объема. Такой долив можно производить неоднократно, уменьшая количество в два раза.

При этом, если плотность в аккумуляторе слишком низкая (ниже 1.18), в этом случае недостаточно обычной доливки электролита. В подобной ситуации нужно добавлять кислоту (1.8 г/см3).

Сама процедура аналогична добавке электролита. Единственное, добавлять кислоту в раствор нужно шаг за шагом, так как можно сразу залить большое количество и превысить необходимые показатели. Обратите внимание, во время приготовления раствора в обязательном порядке нужно заливать кислоту в воду. Вливать воду в кислоту запрещается!

Советы и рекомендации

Как показывает практика, срок службы  АКБ (средних по цене) составляет 3-4 года, дорогие аналоги могут  прослужить на 1-2 года больше. При этом такие показатели возможны только в том случае, если соблюдаются правила эксплуатации  и обслуживания, а также оборудование исправно.

Прежде всего, важно не допускать перезаряда аккумулятора или, наоборот, глубокого разряда батареи. Как правило,  сильно посадить аккумулятор может сам владелец. Также к разряду приводят неисправности электрооборудования или ошибки при подключении. Так или иначе, потребители «тянут» заряд даже тогда, когда машина не используется, АКБ садится.  Что касается перезаряда, это может происходить в результате поломок реле-регулятора и т.д.

В любом случае, если аккумулятор необслуживаемый и/или старый (отработал больше 3-х или 4-х лет), тогда пытаться восстановить его работоспособность путем замены электролита не стоит.  Зачастую, в этом случае в банках уже осыпались пластины (частично или полностью). Результат- батарея не будет работать нормально даже со свежим электролитом.

Зачастую, если электролит в аккумуляторе стал коричневым или бурым, в морозы такая батарея если и будет работать, то плохо. Если же электролит почернел,  это указывает на то, что произошло осыпание  пластин и частицы попали в раствор. На деле, площадь поверхности пластин стала меньше. Получается, даже после обслуживания и зарядки получить  необходимые характеристики АКБ не представляется возможным. В таком случае  батарею лучше сразу поменять.

Что в итоге

Как видно, плотность электролита, уровень и его состояние в аккумуляторе  является важнейшими показателями. По этой причине даже не нормально работающих батареях нужно следить за уровнем электролита в банках АКБ, а также  проверять и корректировать плотность при  отклонении от нормы, с учетом климатических условий в регионе и т.д.

Напоследок отметим, что только правильное обслуживание, зарядка и соблюдение правил эксплуатации позволяет максимально повысить эффективность работы и увеличить срок службы аккумулятора автомобиля.

Читайте также

Плотность электролита в аккумуляторе: какая должна быть, как проверить, как поднять

Бортовая сеть автотранспортного средства объединяет в себе источники и потребители электроэнергии. АКБ и генератор выступают энергоисточниками, тогда как вторая группа включает в себя целый комплекс устройств и агрегатов. Среди них первостепенное значение имеют система зажигания и запуска, контрольно-измерительные приборы, сигнализация, лампы в фарах и габаритных огнях.

В электросети автомобиля также присутствует множество дополнительных приспособлений, обеспечивающих комфорт и безопасность водителя и пассажиров. К ним относятся подогрев стёкол и сидений, акустическая система, прикуриватель, GPS-навигатор, видеорегистратор и т.д.

В случае аварийного выхода из строя генератора или реле контроля напряжения именно аккумулятор берёт на себя поддержание работоспособности всех электропотребителей, сохраняя возможность безопасного передвижения автотранспорта до ближайшей станции техобслуживания. Также он стабилизирует напряжение в системе, когда двигатель длительное время работает на низких оборотах или холостом ходу, как это часто бывает при передвижении в городской черте.

На современном рынке автотоваров наибольшим потребительским спросом пользуется свинцово-кислотный АКБ, который нашёл самое широкое применение в транспортных средствах из-за своей надёжности, функциональности и высокой удельной мощности. Главными конструктивными элементами такого устройства являются шесть секций или попросту «банок», внутри которых находится блок свинцовых пластин.

Активной массой положительного электрода является диоксид свинца, а отрицательного – чистый свинец. Между ними расположены сепараторы, основное назначение которых заключается в разделении полублоков разной полярности и препятствии возникновению самозамыканий. Все электрохимические реакции протекают в водном растворе серной кислоты – электролите. Когда батарея разряжается, его плотность снижается из-за активного расхода кислотного агента и выделения молекул воды. При заряде происходит обратный процесс.

Когда следует проверять плотность электролита в АКБ?

Эксплуатация стартерной батареи должна сопровождаться систематическим мониторингом её состояния даже при безотказном и уверенном функционировании. Это связано с тем, что снижение резервного уровня электролита из-за утечки раствора или испарения воды приводит к увеличению кислотной концентрации. Данный фактор негативно сказывается на работоспособности и продолжительности эксплуатации АКБ.

Опытные автомеханики рекомендуют проверять техническое состояние аккумулятора каждые 15-20 тыс. км пробега. Также диагностику целесообразно провести, если он постоянно недозаряжается, плохо держит заряд или туго крутит стартер. Для этого необходимо:

• визуально осмотреть корпус на наличие трещин и подтёков;
• оценить уровень электролитической жидкости в банках, который должен возвышаться над верхним краем пластин на 1.2-1.4 см;
• измерить её плотность с помощью контрольно-измерительного прибора.

Нередко сниженный заряд может быть следствием ослабления ремня привода генератора. Поэтому автомобилисту нужно периодически проверять его натяжение и при необходимости производить регулировку, следуя инструкции по эксплуатации ТС.

Оптимальные показатели электролитической среды

Физико-химическое состояние электролита находится в прямой зависимости от двух параметров – это температура окружающей среды и степень заряженности АКБ. При повышении температурного порога возрастает удельный вес кислоты, а при понижении — падает. Поэтому перед проведением контрольно-измерительных мероприятий аккумулятор рекомендуется выдержать в течение нескольких часов при температуре +20-25 ℃.

Типовые климатические условия региона также оказывают непосредственное влияние на плотность электролитического раствора. Так, в районах с умеренным климатом ρ= 1.27-1.28 г/см3 соответствует 100% заряда, величина 1.21 г/см3 говорит о его снижении до 60%, а 1.18 г/см3 сигнализирует о необходимости подзарядки. Измерения производятся при нормальном уровне реагента над пластинами.

В северных регионах оптимальной считается плотность электролита, равная 1.29-1.30 г/см3, а в субтропическом поясе – 1.23-1.25 г/см3. Измерение данного параметра с целью определения необходимости корректировки производится только у полностью заряженного устройства, иначе полученные результаты будут некорректными.

Алгоритм проверки плотностного состояния электролита

Определение плотности электролита осуществляется при помощи такого приспособления, как ареометр. Перед началом измерительных процедур автовладельцу следует проверить уровень спецжидкости в каждой секции АКБ и при необходимости произвести его корректировку деминерализованной водой. После этого аккумулятор необходимо полностью зарядить и по прошествии 2-3 часов приступать к тесту. Алгоритм его проведения состоит из следующих шагов:

1. установить устройство на ровную поверхность;
2. вывернуть пробку заливного отверстия на его крышке;
3. погрузить в раствор ареометр и втянуть жидкость резиновым наконечником на его противоположном конце;
4. набрать количество реагента, достаточное для свободного перемещения поплавка;
5. определить уровень плотности в соответствии с информацией на шкале;
6. записать результат и повторить манипуляции с оставшимися банками;
7. сопоставить полученные данные с нормированными значениями.

Значение плотности должно быть одинаковым во всех элементах, допускается отклонение на ±0.01. Если проведённый замер показал понижение плотности в одной из ячеек на 0.10-0.15, то это говорит о наличии дефекта или короткого замыкания между пластинами. Одинаково низкая плотность во всех блоках связана с глубоким разрядом аккумулятора, его сульфатацией или сильным износом, что влечёт за собой падение напряжения в сети и затруднённый пуск ДВС.

У необслуживаемых стартерных батарей есть особый встроенный индикатор. Если он показывает зелёный цвет, то это говорит о 100%-ном заряде АКБ, а чёрный – о необходимости его подзарядки. Бело-жёлтый или красный оттенок обычно соответствуют очень низкому уровню электролита.

Плотность электролита и зимние холода

Данная величина носит относительный характер, поэтому при смене времён года она не должна подвергаться каким-либо изменениям. Автомобилисту нужно лишь следить за тем, чтобы она не отклонялась от рекомендуемого значения, а также производить стабилизацию при обнаружении отклонений.

Производители стартерного оборудования считают недопустимым использование в зимний период устройств с 25%-ной потерей заряда, т.е. плотность электролитической среды которых составляет 1.24 г/см3. Данный факт обусловлен предотвращением возможности обледенения ячеек аккумулятора и снижением вредоносного воздействия глубокого разряда, вызванного саморазрушением активной массы пластин.

Продолжительная эксплуатация аккумулятора с пониженной плотностью в морозы приводит к снижению электродвижущей силы, затруднённому пуску двигателя, образованию льда и разрушению свинцовых пластин. Доливать деминерализованную воду с целью восстановления уровня реагента над блоками следует прямо перед выездом на улицу, либо при стационарной подзарядке батареи. Это исключает вероятность замерзания долитой воды до того, как она успеет перемешаться с холодным электролитом.

Как поднять плотность электролита?

Каждый водитель может своими силами повысить плотность электролита в АКБ автомобиля, не обращаясь к мастерам сервисного центра. Первым делом нужно подготовить необходимые расходные материалы, среди которых деминерализованная вода, аккумуляторная кислота или уже готовый электролитический раствор, а также средства индивидуальной защиты для глаз и кожного покрова. Кроме того, следует обзавестись следующим оборудованием для работы: ареометром, спринцовкой, стеклянной ёмкостью, мерным стаканом и воронкой.

Снятый с автомобиля аккумулятор помещается на устойчивую поверхность, а пробки его заливных отверстий аккуратно откручиваются. Далее максимальный объём реагента выкачивается из банок и сливается в заранее подготовленный резервуар. Набирать нужно как можно больше вещества, измеряя его объём мерным стаканом, чтобы затем долить идентичное количество нового.

Лучше использовать самостоятельно разведённый раствор с плотностью немного выше расчётной для текущего климатического режима. При его приготовлении кислота добавляется в воду, обратный порядок смешения может вызвать серьёзные термические повреждения.

Сперва свежий электролит заполняет только ½ объёма, что был откачан. Затем АКБ нужно слегка встряхнуть из стороны в сторону, чтобы оставшаяся жидкость и новая перемешались. Если после замера плотностное значение не отвечает норме, добавляем ещё половину от оставшегося в ячейке объёма. Действия повторяются до полной стабилизации плотности, остаток доливается деминерализованной водой по уровню.

Как можно заметить из приведённой выше информации, работать с электролитом не представляет особой сложности, если выполнять все манипуляции по инструкции и соблюдать установленные меры предосторожности.

Как проверить плотность аккумулятора и уровень электролита

Иногда владельцы автомобилей спрашивают о том, как проверить плотность аккумулятора. Если выражаться корректнее и точнее, речь идет о том, как проверить плотность электролита в аккумуляторе. Как известно, уровень электролита в батарее измеряется в том случае, если АКБ относится к категории обслуживаемых. Для того чтобы научиться делать это самостоятельно, как в гараже, так и в домашних условиях, нужно знать о том, что представляет из себя жидкий электролит и как устроена внутри обслуживаемая автомобильная батарея.

Что находится внутри АКБ

Внутри аккумуляторной батареи автомобиля в определенной последовательности расположены шесть отсеков, или «банок». Каждый отсек имеет свинцовые пластины с положительными и отрицательными зарядами. «Банка» устроена герметично, и ее контакт с другими элементами происходит через общее полярное соединение.

Уровень напряжения в каждом отсеке АКБ составляет 2, максимум — 2,1 вольт. Все элементы соединяются друг с другом в последовательную электрохимическую цепь, имея на выходе общее напряжение 12 вольт.

Благодаря тому, что каждая «банка» заполнена особым химическим соединением, имеющим жидкую консистенцию, автомобильный аккумулятор обладает способностью накопления и отдачи электрического заряда. Эта жидкость получила название «электролит», а такие простые теоретические знания из области физики и химии помогут разобраться в том, как проверить плотность аккумулятора (точнее, электролита) правильно.

Для чего необходимо проверять плотность электролитической жидкости

Любой электролит представляет собой не что иное, как химическую смесь, состоящую из дистиллированной воды и серной кислоты в определенной пропорции: вода 65%, 35% — кислота. Именно такое процентное соотношение и позволяет электролиту осуществлять накопление электрического заряда без нанесения урона чувствительным свинцовым пластинам АКБ.

В процессе постоянной эксплуатации батареи происходят постоянные изменения плотности электролита, что определенным образом может сказаться на ее рабочих функциях. Само понятие плотности, кстати, означает не что иное, как процентное соотношение серной кислоты к дистилляту.

Если уровень серной кислоты внутри аккумулятора становится слишком высоким, это может печально закончиться для его пластин. Бывают ситуации, когда кислота попросту разъедает свинец, и пластины разрушаются.

Если же кислоты слишком мало, это означает, что АКБ разряжена или близка к тому, чтобы разрядиться полностью. Аккумулятор не может работать в режиме той емкости, которая указана в его технических характеристиках. Например, энергии может просто не хватить в условиях холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Также, если водитель долго пытается ездить на разряженном аккумуляторе, процесс оседания сульфатов на пластинах неизбежен. На них образуется плотный белый налет, убрать который порой бывает весьма проблематично. При критичном уровне сульфатов произойдет либо разрушение пластин, либо короткое замыкание. Потребуется десульфатация аккумулятора.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Чтобы знать, как правильно измерять уровень электролита, важно помнить — любая АКБ работает по цикличному принципу. Вначале она осуществляет накопление заряда внутри, а затем, при запуске двигателя, начинает его постепенно отдавать автомобилю, приводя его в движение. При отдаче заряда аккумулятором кислота выделяет те самые сульфаты (соли), оседающие на пластины «банок». А в «банках» происходит образование воды. Это приводит к тому, что уровень электролита значительно снижается.

Что потребуется сделать в данном случае:

• когда уровень плотности выше требуемого, нужно разбавить электролит дистиллированной водой;
• когда плотность снижается, батарея срочно нуждается в полноценной зарядке в течение, как минимум, 10-12 часов.

Как проверить электролит и измерить его плотность

Перед тем как проверить электролит в аккумуляторе, очистите его поверхность от грязи и пыли, чтобы при снятии крышек с батарейных отсеков они не попали внутрь. Возьмите тонкую трубку из стекла, ее диаметр может составлять от 4 до 5 миллиметров. Теперь нужно опустить трубку в отсек до конца, так, чтобы она коснулась его дна. Отверстие можно закрыть с помощью пальца (предварительно не забудьте обезопасить себя, надев технические перчатки!).

Достаньте из банки трубку: в нее должно попасть небольшое количество электролитической жидкости. Ориентируйтесь на ее высоту — сколько места она занимает в трубке. Если высота жидкости 10-15 миллиметров — плотность в пределах нормы, а когда уровень больше, либо меньше — плотность необходимо откорректировать.

Перед тем как приступить к корректировке плотности, нужно произвести ее точные замеры — в каждом аккумуляторном отсеке по отдельности, так как они между собой не сообщаются. Обязательно зарядите АКБ перед измерением, иначе результаты могут оказаться неверными. Кроме этого, незадолго до процесса батарею нужно на 3-4 часа оставить в помещении с комнатной температурой (от 20°С, можно чуть выше). Ведь химическая жидкость имеет прямую зависимость от температурного фактора.

Для измерения уровня плотности электролита применяется такой простой инструмент, как ареометр. Его еще иногда называют более сложным словом — денсиметр. Но по сути это одно и то же. Ареометр состоит из наконечника, поочередно опускаемого в аккумуляторные отсеки, колбы, резиновой груши для отсасывания жидкости и шкалы измерений, которая расположена внутри колбы.

Алгоритм действий проверки будет таким:

• вытрите наконечник насухо чистой тряпочкой;
• опустите его в аккумуляторный отсек;
• резиновой грушей наберите небольшое количество жидкости;
• следите за «поведением» электролита: когда он перестанет двигаться — замерьте плотность по шкале;
• слейте жидкость обратно в «банку».

Как видите, техника снятия показаний очень проста. Главное — не забывать защитить руки с помощью перчаток.

Цифровые показатели, на которые нужно ориентироваться

Поскольку химическая составляющее АКБ напрямую зависит от температурных факторов, существуют общепринятые цифровые показатели, обозначающие уровень оптимальной концентрации электролита. На юге РФ это 1,25, в районах средней полосы — 1,27, а в северных регионах — 1,29 гр/см³.

Итак, как проверить уровень электролита в аккумуляторе и его плотность? Отнесите батарею в помещение с комнатной температурой, удалите с нее загрязнения, откройте банки и воспользуйтесь стеклянной трубочкой и ареометром. Не забудьте надеть перчатки. Проверку аккумулятора нужно осуществлять регулярно для обеспечения наилучшего уровня его работы.

Как часто нужно проверять уровень электролита в аккумуляторе?

Аккумулятор в системе автомобиля выполняет примерно ту же функцию, что и сердце. Именно он запускает мотор, а за ним – генератор, без которых невозможно никакое движение в принципе. Поэтому аккумулятор должен быть всегда исправен и заряжен, за этим следует следить. Одним из самых важных факторов правильной работы аккумулятора является уровень электролита. Во время работы аккумулятора, когда он отдаёт накопленный заряд, электролит теряет густоту, а часть его содержимого испаряется, что особенно заметно в тёплый сезон. Постепенно он может полностью выкипеть, что приведёт к полной деструкции всей аккумуляторной системы. Допускать этого нельзя, поэтому уровень электролита нужно проверять регулярно.

Характерным признаком отсутствия должного уровня является ситуация, когда машина не заводится. Причиной может быть разрядка аккумулятора, и проверить это можно по двум критериям – померить выходное напряжение и проверить плотность электролита. Чем меньше плотность – тем меньше заряд, и его, в конце концов может стать недостаточно для запуска двигателя.

Простейшая форма проверки – ареометром. Это прибор, который и предназначен для определения плотности электролита. Он похож на пипетку со специальным наконечником и специфическим поплавком внутри. Проводить проверку с помощью ареометра имеет смысл исключительно, если аккумулятор последний раз заряжался не ранее, чем шесть часов назад. Наиболее точные измерения получаются, когда температура воздуха вовне машины достигает +20 градусов Цельсия. Если условия отличаются, проводить промер нужно в доме или в гараже, где они ближе к этой отметке. Это и делает данную проверку неудобной при поездках. Проводить такую проверку необходимо по крайней мере раз в месяц, если автомобиль работает нормально и эксплуатируется не ежедневно. При ежедневной эксплуатации необходимо проверять уровень хотя бы раз в неделю, а в зимнее время – лучше 2–3 раза в неделю.

Когда проверку нужно проводить чаще, её делают мультиметром или тестером – после того, как автомобиль уже несколько часов не двигался. Поэтому самые достоверные показания будут после ночи. Показатели напряжённости аккумулятора с полным зарядом равны 12.66 В. 11.8 В – это состояние полной разрядки. Если напряжение падает меньше 11 В, необходимо менять аккумулятор, а старый утилизировать как непригодный.

Тщательное соблюдение режима проверки позволяет вовремя заряжать батарею зарядным устройством до полного заряда, а значит, значительно повышать ресурс её эксплуатации.

 

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Электролит — обзор | ScienceDirect Topics

6.10.3 Численное моделирование расслоения электролита с использованием двумерного моделирования

В предыдущих разделах мы изучили одномерное моделирование свинцово-кислотных аккумуляторов. Хотя одномерная модель очень точна и можно получить много полезной информации, в некоторых случаях следует выполнять по крайней мере двухмерное моделирование. Примером таких случаев является моделирование расслоения электролита. В этом явлении происходит естественная конвекция внутри аккумуляторного элемента из-за градиента концентрации электролита.Поскольку во время заряда или разряда происходит концентрация электролита (как обсуждалось на рис. 6.12B), более концентрированный электролит становится тяжелее и опускается, тогда как менее концентрированный электролит поднимается из-за силы тяжести, создавая естественное конвекционное движение. Вызванная естественная конвекция вызывает расслоение электролита, что, в свою очередь, приводит к неравномерному использованию электродов.

Чтобы численно отразить это явление, уравнения Навье – Стокса должны быть объединены с управляющей системой электрохимических уравнений.В этом случае следует моделировать по крайней мере двумерное пространство, потому что движение электролита не имеет смысла в одном измерении.

Движение электролита происходит по следующим причинам:

1.

В портативных устройствах, таких как автомобили, корпус аккумулятора перемещается, а вместе с ним перемещается и электролит.

2.

Выделяющиеся газы внутри батареи вызывают движение электролита.

3.

Как упоминалось ранее, концентрация электролита является основным источником движения электролита.

4.

Температурный градиент в батарее может быть движущей силой для движения электролита.

Независимо от механизма, ответственного за движение электролита, уравнения Навье – Стокса должны быть объединены с уравнениями, определяющими батарею, для моделирования движения электролита. В свинцово-кислотных аккумуляторах электролит перемещается в пористых средах, таких как электроды и сепараторы. Обычно пористость участков оказывает большое влияние на электролит и вызывает движение кислоты; однако в области ребер сепараторов у электролита достаточно места для циркуляции и естественной конвекции.

Поскольку стратификация происходит в пористой среде, уравнения Навье – Стокса должны быть записаны в такой форме, чтобы в уравнения было включено влияние пористости. Правильная форма дается в формуле. (6.14).

Изучено расслоение электролита в процессе разряда при постоянной температуре. В этом случае побочные реакции исключаются из основной системы уравнений, и к системе добавляются уравнения Навье – Стокса. Упрощенная система уравнений выглядит следующим образом:

(6.92) ∇⋅ (σeff∇ϕs) −Aj = 0,

(6.93) ∇⋅ (keff∇ϕl) + ∇⋅ (kDeff∇ (ln⁡c)) + Aj = 0,

(6.94) ∂ ( εc) ∂t + v → ⋅∇c = ∇⋅ (Deff∇c) + a2Aj2F,

(6.95) ∂ρv → ∂t + v → ⋅∇ (ρv →) = — ∇p + v → ⋅ (μ ∇v →) + ρg [1 + β (c − c∘)] + μK (εv →),

(6,96) ∂ρ∂t + ∇⋅ (ρv →) = 0.

Существование уравнений Навье – Стокса и уравнения неразрывности требует особого внимания при численном решении. Патанкар [45] был одним из пионеров FVM и дал подходящий алгоритм под названием SIMPLE для решения таких систем. Подробности метода приведены в Приложении E, а больше можно найти в учебниках CFD, таких как [45,68].

Чтобы продемонстрировать численное моделирование кислотной стратификации, мы выбрали ячейку IV из приложения A. Все необходимые параметры, такие как геометрические размеры и электрохимические характеристики, приведены в том же приложении. Alavyoon et al. [50] был первым, кто использовал эту ячейку для исследования эффекта стратификации электролита. Они использовали метод голографической лазерной интерферометрии для измерения концентрации электролита и лазерную доплеровскую велосиметрию (LDV) для измерения поля потока.

Ячейка состоит из трех областей: положительного электрода, свободного пространства для электролита и отрицательного электрода. Электроды и свободное пространство имеют толщину 2 мм, а зарядный ток очень низкий, около 9,434 мА · см-3. Поскольку зарядный ток низкий, температура элемента не слишком сильно меняется во время испытания, и мы можем предположить изотермическую модель при T = 25∘C.

Alavyoon et al. [50] предложила систему уравнений для моделирования расслоения электролита, в которой вместо решения полных уравнений Навье – Стокса они использовали ползущий поток и уменьшили уравнение количества движения.Более того, они сделали много упрощающих предположений:

1.

Кинетические скорости реакций считались постоянными в направлении толщины ячейки.

2.

Диффузия электролита считалась постоянной. В действительности коэффициент диффузии зависит как от концентрации, так и от пористости электрода.

3.

Также предполагалось, что пористость электродов постоянна, что не является точным предположением.

Они решили получившуюся систему уравнений с помощью FDM и сравнили свои результаты с экспериментальным тестом. Приятно отметить, что перед тестированием аккумуляторной батареи Alavyoon et al. выполнил процедуру подготовки:

1.

После подготовки установки ячейка была заполнена 5 M серной кислотой, и ячейка была разряжена с I = 9,34 мА · см -2, пока ячейка не достигнет напряжения отключения. Vcut = 1,5 В.

2.

Затем ячейку наполнили 2 М серной кислотой и выдержали в течение 48 часов, чтобы электролит стал однородным по всей ячейке.

С другой стороны, Gu et al. [37] исследовали эту проблему еще раз, используя полные уравнения Навье – Стокса. В этом случае модель, предложенная Гу, оказалась более точной, чем модель Алавюна. Единственное, что не было учтено при их моделировании, — это процесс подготовки. Они не моделировали процесс подготовки, и, как мы увидим, процесс вносит изменения в начальные условия. Мы показываем, что процесс подготовки можно смоделировать с помощью одномерной модели, и, как мы увидим, это влияет на результаты.

Здесь процесс подготовки моделируется с использованием одномерной модели, а результаты передаются в двухмерную модель. Рис. 6.15 и 6.16 показаны результаты одномерного моделирования. На рис. 6.15A показано изменение напряжения элемента. Он показывает, что для полной разрядки элементу требуется около 5,5 часов. Доли плотности тока в твердой фазе и электролите показаны на рис. 6.15B. На том же графике также нанесены суммы обеих плотностей тока. Совершенно очевидно, что сумма обеих плотностей тока постоянна и равна I = −9.34В, что является результатом электронейтральности.

Рисунок 6.15. Моделирование фазы разряда процесса подготовки Cell-IV. (A) Потенциал элемента во время разряда. (B) Доля плотности тока. (C) Концентрация электролита. (D) Изменение пористости. (E) Распределение активного материала. (F) Распространение SoC.

Рисунок 6.16. Моделирование фазы разряда процесса подготовки Cell-IV. (A) Потенциал элемента во время разряда. (B) Доля плотности тока. (C) Концентрация электролита.(D) Изменение пористости. (E) Распределение активного материала. (F) Распространение SoC.

Изменение концентрации электролита показано на рис. 6.15C, и, как можно видеть в этой ячейке, концентрация электролита достигает нуля почти во всех областях, за исключением примерно 0,4M в отрицательном электроде, что незначительно. На рис. 6.15C показано изменение пористости во время разряда. Как видно, процесс приготовления приводит к неравномерному распределению пористости. Этот результат также можно увидеть в распределении активного материала, показанном на рис.6.15E и состояние заряда на рис. 6.15F.

На рис. 6.16 показаны те же результаты для остального процесса, когда ячейка находится в покое на 48 часов. Напряжение ячейки остается постоянным (рис. 6.16A), и, как видно на рис. 6.16B, плотности тока твердого тела и электролита равны нулю. Единственный параметр, который изменяется во время отдыха, — это концентрация электролита, поскольку ячейка заполнена 2 М серной кислотой, и из рис. 6.16C видно, что для того, чтобы электролит стал однородным, требуется 48 часов.Из фиг. 6.16D — 6.16F, мы можем видеть, что пористость, активная площадь и SoC не меняются в течение периода покоя. Поэтому исходные значения для моделирования стратификации следует брать из этих рисунков.

Поток жидкости моделируется с использованием ПРОСТОГО алгоритма, приведенного в Приложении E. Моделируемая область показана на рисунке 6.17A, а числовая сетка показана на рисунке 6.17B. Как видно, для моделирования используется неоднородная сетка. Также обратите внимание, что для обеспечения правильной визуализации оси x и y масштабируются независимо.Результаты моделирования показаны на рис. 6.18 и 6.19 для уровней времени t = 15 и t = 30 мин соответственно. Рис. 6.18A и 6.19A показаны векторы скорости в области электролита. Ясно, что электролит имеет тенденцию двигаться вниз около электродов, потому что во время процесса зарядки внутри электродов образуется кислота в соответствии с электрохимической реакцией электродов. Но очевидно, что электролит около положительного электрода более плотный, чем отрицательный, из-за стехиометрических коэффициентов основных свинцово-кислотных реакций.

Рисунок 6.17. Модель Cell-IV и числовая сетка. (A) Модель клетки. (B) Числовая сетка.

Рисунок 6.18. Результаты моделирования при т = 15мин. (A) Векторы скорости. (B) Поле скорости. (C) Контуры электролита.

Рисунок 6.19. Результаты моделирования при т = 30мин. (A) Векторы скорости. (B) Поле скорости. (C) Контуры электролита.

Фиг. 6.18B и 6.19B показана естественная конвекция, которая имеет место внутри области электролита. Некоторые вихри видны в верхней части ячейки из-за движения электролита.Результат движения электролита преобразуется в расслоение электролита, как показано на рис. 6.18C и 6.19C. Движение электролита заставляет более плотный электролит опускаться, а более легкий — подниматься. Следовательно, вдоль вертикальных сечений клетки мы видим градиент кислоты, также известный как стратификация кислоты.

Если мы не объединим уравнение Навье – Стокса с другими определяющими уравнениями, то расслоение электролита не может быть зафиксировано. Чтобы показать этот аргумент, мы рисуем те же результаты на рис.6.19 при отсутствии движения электролита на рис. 6.20. Как можно видеть, поскольку у нас нет поля скорости (сравнивая рис. 6.20A и 6.20B), электролит не показывает никакого градиента в вертикальном направлении. Вертикальные контурные линии на рис. 6.20C подтверждают этот аргумент.

Рисунок 6.20. Результаты моделирования при т = 30 мин без потока жидкости. (A) Векторы скорости. (B) Поле скорости. (C) Контуры электролита.

На рис. 6.21 показан градиент концентрации электролита в средней части поперечного сечения аккумуляторного элемента.Рисунок показывает, что учет движения электролита и его игнорирование существенно влияют на конечные результаты. Следовательно, если в батарее существует свободный электролит, то имитация движения электролита имеет решающее значение, даже если движение электролита является медленным и жутким. Вертикальная составляющая поля скорости, изображенная на рис. 6.22 на той же высоте, подтверждает этот аргумент. Максимальная скорость достигает примерно 0,1 мм / с, что является медленным движением.

Рисунок 6.21. Сравнение концентрации электролита с движением электролита и без него в секции A — A .

Рисунок 6.22. Сравнение вертикальной составляющей скорости на участке А — А .

Наконец, градиенты концентрации электролита в вертикальном направлении в центре области электролита на различных временных уровнях показаны на рис. 6.23. Понятно, что со временем градиент становится более значительным.

Рисунок 6.23. Сравнение вертикальной составляющей скорости на участке А — А .

Концентрация электролита — обзор

2.3.4 Гидратация в концентрированных растворах

По мере увеличения концентрации электролита количество молекул воды во вторичной гидратной сфере уменьшается. Следовательно, происходит усиление связи между катионом металла и гидратными водами во внутренней сфере (Choppin, Jensen, 2006). Основываясь на исследованиях ЯМР трехвалентных актинидов и лантаноидов, Чоппин пришел к выводу, что комплексообразование внутренней сферы перхлорат-ионами не происходит ниже примерно 8-10 М (Choppin, Labonne-Wall, 1997).Множественные равновесия для системы уранилхлорида (UO ₂ Cl ₂ (H ₂ O) ₂ , UO ₂ Cl ₃ (H ₂ O) ^— и UO ₂ Cl ₄ ^2– ) использовались для отделения урана от его дочерних продуктов или других металлов. Поскольку Th ^{4 +} не образует анионных хлоридных комплексов, он удерживается на катионообменной смоле, в то время как анионные хлоридные комплексы UO ₂ ^{2 +} проходят через колонку в элюате.Альтернативно такие анионные комплексы можно удерживать на анионообменной колонке.

Число гидратации Eu (III) остается относительно постоянным в соляной кислоте примерно до 6–8 M, выше которой концентрация уменьшается. То же самое верно и для числа гидратации Cm (III) в HCl, которое начинает снижаться примерно при 5 M HCl. Эта разница между (Eu ^{3 +} и Cm ^{3 +} ) отражает большее комплексообразование трехвалентного иона актинида с относительно мягким анионом Cl ^—.Разница в комплексообразовании хлоридов использовалась для обеспечения эффективного отделения трехвалентных актинидов от трехвалентных актинидов в концентрированных растворах HCl путем пропускания через колонки с катионообменной смолой с 1950-х годов (Diamond et al., 1954).

Нитратные комплексы для четырехвалентных актинидов, например Th ^{4 +} и Pu ^{4 +} , чрезвычайно важны в процессах разделения и очистки актинидов. Нитрат-ионы начинают образовывать комплексы внутренней сферы при более низких концентрациях, чем хлорид-анионы; это наблюдение подтверждается уменьшением числа гидратации катиона даже при относительно более низких концентрациях (Choppin, Jensen, 2006).Однако, поскольку атомы кислорода нитрата являются твердыми донорами, нет никаких доказательств какого-либо ковалентного усиления его связывания, как это видно с анионами хлорида для трехвалентных катионов актинидов по сравнению с катионами лантанидов (Choppin, Jensen, 2006). В процессах разделения и очистки чрезвычайно важны нитратные комплексы актинидов. Раствор нитрат-азотной кислоты является наиболее распространенной водной средой в процессах разделения ядер. В случае нейтральных экстрагентов, таких как трибутилфосфат (TBP), карбамоилметилфосфиноксид (CMPO) или дипиколинамиды (DPA), он обеспечивает нитратные единицы, необходимые для компенсации заряда катионов актинидов для обеспечения экстракции.Комплексообразование нитрата с шестивалентными ионами актинида происходит очень слабо, и определение констант образования для разновидностей водного раствора нитрата является чрезвычайно трудным. В водных условиях с высокими концентрациями азотной кислоты комплексы формы AnO ₂ (NO ₃ ) (H ₂ O) _x ⁺ , AnO ₂ (NO ₃ ) ₂ (H ₂ O) ₂ и AnO ₂ (NO ₃ ) ₃ ^— (An = U, Np, Pu).Лимитирующим веществом в ряду нитратов является гексанитрато-комплекс An (NO ₃ ) ₆ ^2– (Matonic et al., 2002). Известно комплексообразование пятивалентных ионов Pa и Np нитратом; однако доступны ограниченные термодинамические и структурные данные. Предполагаемая стехиометрия для разновидностей Np (V) — NpO ₂ (NO ₃ ) (H ₂ O) _x . Для протактиния, который легко гидролизуется, были предложены смешанные гидроксо / нитрато- или оксо / нитрато-комплексы.

Фториды и хлориды являются наиболее изученными актино-галогенидными системами, и они очень важны для процессов пирообработки и электрорафинирования.

Карбоновые кислоты прочно связаны с ионами актинидов. Первичный способ связывания простых карбоновых кислот — бидентатный, тогда как в комплексах поликарбоновых кислот карбоксилаты имеют тенденцию к монодентатной координации с ионом металла. Сродство низковалентных актинидов к этим лигандам увеличивается с увеличением дентальности лиганда, например, этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) >>> ацетата.Для An ^{4 +} лиганд EDTA является гексадентатным с конформацией скручивания (спиральная конформация, охватывающая ион металла, а не инкапсулирующая ион металла в центральной полости, как триподальные или макробициклические лиганды). Диэтилентриамин-N, N, N ‘, N ″, N ″ -пентаацетат (DTPA) имеет еще более высокое сродство к ионам An ^{3 +} и An ^{4 +} .

Проверка аккумулятора в мастерской

Общее состояние вашего автомобиля зависит от хорошего состояния аккумулятора.К сожалению, многие драйверы преуменьшают проблемы, связанные с аккумулятором, до тех пор, пока не произойдет серьезный сбой.

А такой сбой наверняка случится холодным утром, когда вы спешите на работу, или машина просто не заводится. Как этого избежать? Решение простое: проверьте аккумулятор. Мы стараемся ответить на вопрос, почему лучше всего это делать в ремонтной мастерской.

Основы — как ухаживать за аккумулятором?

Регулярная диагностика аккумулятора — один из способов заботиться о его состоянии.Кроме того, стоит соблюдать определенные правила использования, которые позволят сохранить аккумулятор вашего автомобиля в хорошем состоянии даже в течение нескольких лет.

Прежде всего, старайтесь содержать аккумулятор в чистоте. Неухоженные и потускневшие полюса и зажимы могут привести к колебаниям напряжения. Незначительную пыль и грязь можно удалить антистатической тканью. Более устойчивые к очистке элементы можно удалить специальной щеткой или мелкой наждачной бумагой. Не забывайте соблюдать осторожность при чистке.

Если у вас основная исправная батарея, стоит открутить предохранители и проверить уровень электролита.Недостаток, если он есть, следует восполнить дистиллированной водой. Используйте эту возможность, чтобы также проверить электрические соединения, то есть стабильность зажимов, поскольку они могут ослабнуть или полностью отсоединиться на некоторых более крупных неровных поверхностях. При необходимости подтяните их.

Водителям, которые зимой очень редко используют свои автомобили и паркуют их на открытом воздухе, следует отключить аккумулятор и хранить его в сухом и теплом помещении, чтобы избежать саморазряда. Более того, в теплых условиях пластины аккумулятора сульфатируются, что обеспечивает долговечность аккумулятора.С другой стороны, при низких температурах производительность батареи резко падает, даже на 20-30 процентов! Эффект усиливается при недостаточной зарядке, например. короткие расстояния до работы, покупок и т. д.

Генератор не всегда может полностью зарядить аккумулятор при непродолжительной работе. Поэтому рекомендуется время от времени преодолевать большие расстояния. Альтернативой является зарядка аккумулятора с помощью выпрямителя. Зимой также желательно разумно использовать все остальные функции, прежде всего отопление и вентиляцию, что является значительной нагрузкой на аккумулятор.

Проверка АКБ в ремонтной мастерской — как она должна выглядеть?

Большинство водителей, оставляя автомобили в ремонтной мастерской, не задумываются о том, что с ними происходит и как выглядят ремонт, проверка и диагностика. Конечно, многие знают, как выглядит замена шины, глушителя или масла, но как проверить аккумулятор? Как проводится тест и что необходимо? Вы можете делать это дома?

Почему лучше проверять состояние аккумулятора в ремонтной мастерской?

Начнем с ответа на последний вопрос.Да, при условии, что у вас есть подходящее оборудование, которое, к сожалению, очень дорогое. Вкладывать деньги в него только для того, чтобы время от времени проверять аккумулятор, бессмысленно и превышает стоимость нескольких новых аккумуляторов. Абсолютно необходимыми для проведения проверки являются цифровой вольтметр, ареометр и испытательное устройство, которое позволит вам заряжать батарею током, по крайней мере, в три раза превышающим ее емкость. Например, для аккумулятора емкостью 70 Ач интенсивность должна быть 210 А.

Пошаговая проверка аккумулятора

Процесс начинается с традиционной проверки.Работнику ремонтной мастерской следует проверить визуальное состояние аккумулятора, т.е. не потускнели ли полюса, нет ли разливов электролита и т. Д. Возможно, уже на этом этапе окажется, что другого выхода, кроме как заменить аккумулятор, нет.

Следующим шагом должно быть измерение плотности электролита в каждой ячейке и контроль напряжения на полюсах. Полученный результат должен в значительной степени выявить потенциальные проблемы и позволить предложить дальнейшие действия.

Если плотность электролита низкая даже в одной или двух ячейках, а показания напряжения показывают прибл.11 В, скорее всего, произошло внутреннее короткое замыкание и аккумулятор непригоден для дальнейшего использования. Если плотность электролита одинакова во всех элементах, напряжение должно быть не менее 12,5 В, а аккумулятор заряжен, рекомендуется провести испытания под нагрузкой, чтобы подтвердить эффективность аккумулятора и, возможно, обратить внимание на другие электрические узлы.

Другой сигнал может быть однородным, но с низкой плотностью электролита во всех ячейках. В такой ситуации следует зарядить аккумулятор и провести нагрузочный тест.Еще одним фактором, препятствующим дальнейшей эксплуатации аккумулятора, является коричневый цвет электролита во всех ячейках. В таком случае дальнейшие испытания напряжения бессмысленны, и единственное решение — заменить батарею на новую.

Что такое нагрузочный тест и как он проводится?

Правильно выполненный тест нагрузки батареи заключается в фактической нагрузке батареи током, пропорциональным ее емкости, в течение 10 секунд. Хотя общедоступные электронные тестеры могут до некоторой степени указать способность батареи к запуску, они не могут предоставить полностью надежную информацию в этом отношении.
В зависимости от полученных результатов их интерпретация и выводы могут различаться. С другой стороны, полученные результаты наглядно показывают, будет ли батарея «жить» или ее замена неизбежна.

Таким образом, если напряжение аккумулятора равно 0 В, зарядить его невозможно, что, скорее всего, означает, что произошел внутренний обрыв и потребуется замена. Если напряжение ниже 10 В и продолжает падать, несмотря на «газовый разряд» электролита хотя бы в одной ячейке, скорее всего, произошло внутреннее короткое замыкание.В этом случае аккумулятор необходимо заменить.

Еще одна вряд ли оптимистичная ситуация, когда напряжение низкое и продолжает падать, но во всех ячейках кипит электролит. Это может означать, что аккумулятор не заряжался в течение длительного времени и хранился в ненадлежащих условиях, что, в свою очередь, привело к сульфатации пластин и необратимому повреждению.

Единственная ситуация, в которой не требуется замена батареи, — это напряжение не менее 10 В без перепадов и колебаний.

Как самостоятельно оценить состояние аккумулятора?

Несомненно, лучший способ проверить состояние аккумулятора — это отправиться в профессиональную ремонтную мастерскую, где опытные сотрудники надежно проверит аккумулятор нашего автомобиля с помощью соответствующих инструментов.Однако есть способы хотя бы изначально диагностировать дефекты самостоятельно.

Независимо от того, исправен ли у вас аккумулятор или нет, первым делом необходимо внимательно наблюдать за процессом запуска двигателя. Если обороты стартера явно ниже, вялые и неравномерные, вы можете предположить, что аккумулятор необходимо зарядить. Если, несмотря на зарядку, ситуация не исчезнет, ​​возможно, потребуется замена. Также стоит выключить фары при работающем двигателе.Неравномерная работа или плохая яркость могут указывать на ту же проблему, например, на износ батареи.

Если у вас исправный аккумулятор, вы можете оценить цвет и плотность электролита. Очень темный цвет — первый сигнал о необходимости немедленной замены. Еще одна подсказка — низкая плотность электролита даже в одной ячейке. Вы можете оценить плотность невооруженным глазом, но без опыта и специального оборудования вы не сможете сделать верное суждение. Полезный прибор — ареометр.При испытаниях рабочая плотность обычных электролитов составляет 1,28 кг / л при температуре +25 градусов Цельсия. Аккумулятор, в котором измеренная плотность электролита ниже 1,25 кг / л, следует зарядить или заменить.

Эти и другие «самодельные» методы тестирования должны быть частью профилактики. Но помните, что надежный результат можно получить только в ремонтной мастерской. Разобраться в сомнениях поможет профессиональный осмотр в ремонтной мастерской. Возможно, ваши опасения развеются и вы избежите замены.С другой стороны, кажущийся незначительным дефект может обернуться серьезным отказом.

Приближение к пределам напряжения и плотности энергии для химии калиево-селеновых батарей в концентрированном электролите на основе эфира

Калий-селеновые (K-Se) батареи

предлагают довольно высокое теоретическое напряжение (∼1,88 В) и плотность энергии (∼1275 Вт · ч кг _Se ⁻¹ ). Однако на практике их рабочее напряжение пока ограничено ~ 1.4 В, что приводит к недостаточному использованию энергии и пониманию механизмов. Здесь впервые продемонстрировано, что батареи K – Se, работающие в концентрированных электролитах на основе эфира, следуют определенным реакционным путям, включающим обратимые ступенчатые реакции превращения Se в K ₂ Se _x ( x = 5, 3, 2, 1). Присутствие окислительно-восстановительных промежуточных продуктов K ₂ Se ₅ при ∼2.3 В и K ₂ Se ₃ при ∼2,1 В, в отличие от предыдущих отчетов, обеспечивает рекордно высокое среднее напряжение плато разряда (1,85 В) и плотность энергии (998 Вт · ч кг _Se ⁻¹ или 502 Вт · ч кг _K2Se ⁻¹ ), что приближается к теоретическим пределам и превосходит те, о которых сообщалось ранее, для аккумуляторов Na / K / Al – Se. Более того, экспериментальный анализ и расчеты из первых принципов показывают, что эффективное подавление вредного растворения / перемещения полиселенида в концентрированных электролитах вместе с высокой электронной проводимостью Se / K ₂ Se _x , обеспечивает быструю реакцию. кинетика, эффективное использование Se и возможность длительной цикличности до 350 циклов, которые неосуществимы ни в аналогах K – S, ни в батареях K – Se с электролитами с низкой / средней концентрацией.Эта работа может проложить путь к механистическому пониманию и полному использованию энергии химии батарей K – Se.

Как определить плотность электролита

Для измерения плотности электролита необходимо использовать устройство, называемое ареометром. Его принцип действия основан на законе Архимеда, то есть на том, что степень погружения предмета в определенную жидкость и, как следствие, вес вытесняемой жидкости напрямую зависит от веса самого тела.

Инструкция по эксплуатации

1

Этот вопрос вновь стал актуальным не так давно, в связи с тем, что обслуживаемые аккумуляторы снова в моде. И хотя для их обслуживания требуются определенные трудозатраты, срок их службы намного больше, чем у необслуживаемых аккумуляторов.

2

Ареометр по своей сути представляет собой небольшую полую стеклянную трубку (поплавок), внутрь которой вставлен лист бумаги с нанесенной на него шкалой плотности.На данный момент для нужд автомобилистов выпускается довольно большое количество разновидностей этих устройств, цены на них также существенно различаются. Для бытового использования вполне подойдет обыкновенный дешевый ареометр с двумя шкалами: одна для измерения плотности электролита , вторая — для антифриза.

3

Процесс измерения плотности сводится к забору от аккумулятора определенного количества электролита (антифриза из радиатора) с помощью специальной резиновой груши.Слейте собранную жидкость в заранее подготовленную чистую емкость. Следите за тем, чтобы ареометр внутри него свободно плавал: он сохраняет вертикальное положение, не цепляется за края посуды. После этого выньте поплавок прибора и по следу, оставленному электролитом, определите степень его погружения. Сравните верхний предел уровня жидкости со значением шкалы, нанесенной на стенку ареометра.

4

Все измерения плотности следует проводить при температуре окружающей среды 20 ° C.В противном случае необходимо изменить результаты измерений в большей или меньшей степени в соответствии с таблицей, представленной на рисунке 1.

5

При снятии мерок не следует забывать о мерах безопасности, так как кислота может не только испортить одежду, но и вызвать серьезные химические ожоги. Поэтому перед взятием проб из аккумулятора не забудьте надеть специальные очки для защиты глаз, а также резиновые перчатки и фартук.

границ | Углеродистые материалы на основе биомассы для создания суперконденсаторов с высокой плотностью энергии

Введение

Быстро растущий рынок портативной электроники в последние годы вызвал высокий спрос на более совершенные устройства хранения энергии с высокой плотностью мощности (Simon and Gogotsi, 2008; Etacheri et al., 2011). Электрохимические суперконденсаторы (ES) в значительной степени удовлетворяют этим требованиям, но относительно низкая плотность энергии ограничивает их будущие применения (Simon and Gogotsi, 2008). Накопление энергии в суперконденсаторах включает обратимые реакции электростатической адсорбции / десорбции ионов электролита на заряженной поверхности электрода (т. Е. Емкость двойного электрического слоя) (Simon and Gogotsi, 2008; Etacheri et al., 2011). Плотность энергии зависит от правильного выбора материалов электродов, а также от их совместимости с ионами электролита.Из-за чрезвычайно высокой удельной поверхности, широкой доступности и низкой стоимости активированные угли, полученные из биомассы, широко используются в качестве электродов в суперконденсаторах (Rufford et al., 2008; Bi et al., 2019). Преимущество углерода, полученного из биомассы, перед другими заключается в наличии различных функциональных групп, способствующих накоплению дополнительных зарядов в суперконденсаторах из-за их участия в окислительно-восстановительных реакциях псевдоемкости (Bi et al., 2019). Недавно мы продемонстрировали, что коммерческий углерод, полученный из кокосового ореха, обладающий большим количеством кислотных групп и узким распределением пор по размеру, демонстрирует отличную стабильность при циклическом воздействии в растворе щелочного электролита: разрядная емкость уменьшается только на 2% после 37000 циклов (Караманова и др. ., 2019, 2020).

Используемый электролит является другим ключевым компонентом ES, обеспечивающим ионную проводимость и, таким образом, способствующим компенсации заряда на электродах в ячейке (Zhong et al., 2015). Желательными свойствами электролитов являются высокая ионная проводимость, широкий диапазон напряжений, высокая электрохимическая и термическая стабильность, низкая вязкость, низкая токсичность, низкая стоимость и т. Д. (Wang et al., 2012). Оценка электролита показывает, что более высокая удельная мощность достигается водными электролитами, в то время как органические электролиты более подходят для достижения более высокой плотности энергии (Calvo et al., 2014). Такой вывод является следствием того, что диапазон рабочих напряжений шире в органических электролитах (Phattharasupakun et al., 2017).

Различные характеристики углерода, полученного из биомассы, в водных и неводных электролитах обычно связаны с ионной проводимостью и размером ионов электролита, а также с взаимодействием между электролитом и материалами электродов (Chen et al., 2019). В этом случае соответствие между размером ионов электролита и размером пор материала углеродного электрода оказывает сильное влияние на достижимую удельную емкость (Yang et al., 2007; McDonough et al., 2012). Например, наличие очень маленьких пор в углеродном материале может увеличить удельную поверхность, но также может ограничить доступность ионов электролита. В частности, более крупные органические ионы не могут легко получить доступ через маленькие поры, что отрицательно сказывается на удельной емкости (Chmiola et al., 2006).

Совместимость электролита и активированного угля способствует рабочему напряжению суперконденсаторов. Часто используемые органические электролиты (особенно для коммерческих ЭС) представляют собой раствор тетрафторбората тетраэтиламмония (TEABF ₄ ) в ацетонитриле (ACN) или пропиленкарбонате (PC) (Rufford et al., 2008). Кроме того, аккумуляторные электролиты, такие как 1M LiPF ₆ в этиленкарбонате (EC) / диметилкарбонате (DMC) или в EC / этилметилкарбонате (EMC) / DMC, а также 1 M NaPF ₆ в EC –DMC – PC – EA, также используются (Qian et al., 2014; Vali et al., 2014; Yue et al., 2020). Однако следует учитывать, что добавление ЭК приводит к снижению электрохимической стабильности электролитов, особенно при более низких напряжениях (Yue et al., 2020). Из-за разного механизма накопления стабильность электролита в батареях и суперконденсаторах существенно различается независимо от их схожего состава: в то время как напряжение разложения LiPF ₆ / (EC + EMC + DMC) в литий-ионных элементах превышает 4 В; тот же электролит разлагается в ячейках суперконденсатора выше 3.0 V (Pasquier et al., 2004; Hu et al., 2009). Все вышеперечисленные особенности указывают на то, что органические электролиты являются мощным инструментом для увеличения плотности энергии ЭС. Несмотря на разнообразие экспериментальных данных, роль органического электролита в характеристиках суперконденсатора все еще обсуждается.

Здесь мы демонстрируем роль неводных электролитов лития и натрия в достижении высокой плотности энергии симметричных суперконденсаторов на основе промышленных углеродов, полученных из биомассы. В качестве электролитов использовали растворы 1М LiBF ₄ и 1М LiPF ₆ в этиленкарбонате / диметилкарбонате (КЭ / ДМК = 1: 1), а также 1М NaPF ₆ в ПК.Электролиты LiPF ₆ и NaPF ₆ характеризуются высокой ионной проводимостью по сравнению с электролитом LiBF ₄ (Ponrouch et al., 2015; Li et al., 2016). В качестве углерода, полученного из биомассы, используется коммерческий продукт YP-50F («Kuraray Europe» GmbH), полученный из кокосовых орехов. Эти продукты, обладающие большим количеством кислотных функциональных групп и узким распределением пор по размерам, являются предметом исследования, поскольку они демонстрируют великолепную циклическую стабильность в водных электролитах LiOH и NaOH (Караманова и др., 2020). Взаимодействие между углеродными электродами, полученными из биомассы, и органическим электролитом исследуют на основе результатов сканирующей электронной микроскопии post-mortem / энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). анализы электродов после циклирования ячеек.

Экспериментальная секция

Промышленный активированный уголь (YP-50F, «Kuraray Europe» GmbH) использовался для изготовления электродов для ячеек суперконденсаторов. Электроды состояли из смеси 80 мас.% YP-50F, 10 мас.% Графита ABG 1005 EG-1 и 10 мас.% Связующего из поливинилидендифторида (PVDF). Электроды сушили в вакууме при 80 ° C в течение 12 ч и прессовали под давлением 20 МПа. Полученные электроды помещали в электрохимическую ячейку с ватман-сепаратором и заполняли электролитом в сухом боксе в атмосфере аргона. Электродом сравнения был Li / Li ⁺ или Na / Na ⁺ . Симметричная ячейка суперконденсатора была собрана из двух идентичных электродов и трех типов органических электролитов: 1M LiBF ₄ и 1M LiPF ₆ в EC / DMC и 1M NaPF ₆ в ПК.Все измерения проводились при комнатной температуре.

Измерения циклической вольтамперометрии (ЦВА) проводились в трехэлектродной ячейке в диапазоне напряжений до 3,6 В и скорости сканирования от 1 до 100 мВ с ^–1 . CV эксперименты регистрировали на PAR Potentiostat / Galvanostat (США) и системе Multi PalmSens (модель 4, Нидерланды). Гальваностатические циклические испытания заряда-разряда проводили в двухэлектродном элементе в режиме постоянного тока и токовой нагрузке от 60 до 600 мАg ^–1 по 25 циклов на шаг.Все измерения выполнены на системе Arbin Instrument System BT-2000 (США). Удельная емкость рассчитывалась из циклических вольтамперограмм и кривых заряда-разряда, как описано в других источниках (Караманова и др., 2019, 2020).

Изменения поверхности и морфологии углеродных электродов во время испытаний суперконденсатора были проанализированы с помощью методов ex-situ SEM / EDS и XPS. Спектры РФЭС регистрировали с помощью электронного спектрометра AXIS Supra (Kratos Analytical Ltd., Великобритания) и ахроматическое излучение AlKα с энергией фотонов 1486,6 эВ и системой нейтрализации заряда. Энергии связи (ЭС) определены с точностью ± 0,1 эВ. Химический состав в толще пленок определялся путем мониторинга площадей и УЭ фотоэлектронных пиков C1s, O1s и F1s. Используя коммерческое программное обеспечение для обработки данных Kratos Analytical Ltd., концентрации различных химических элементов (в атомных%) были рассчитаны путем нормализации площадей пиков фотоэлектронов на их относительные коэффициенты чувствительности.

Угол смачивания измеряют на приборе Force Tensiometer K100 фирмы KRÜSS K100 (Германия). Измерение заключается в нанесении на электрод 6,3 мкл электролита, и полученное значение угла смачивания усредняется по результатам пяти измерений.

Результаты и обсуждение

На рис. 1 сравниваются ВАХ циклирования YP-50F в литиевом и натриевом электролитах. В целом все ВАХ типичны для симметричных систем суперконденсаторов. Однако необходимо обсудить некоторые дополнительные функции.Кривые CV в электролите на основе LiPF ₆ показывают резкий пик при низких скоростях сканирования при 0,50 / 0,15 В относительно Li / Li ⁺ . Этот пик можно отнести к взаимодействию Li ⁺ с Al-коллектором (Hudak, Huber, 2011). Это специфическое свойство Al в электролите на основе LiPF ₆ , которое не наблюдается в электролитах натрия (Рисунок 1). В электролите LiBF ₄ и ниже 0,5 В наблюдается сильное отклонение профилей кривой CV от прямоугольной формы, что указывает на вклад паразитного окислительно-восстановительного взаимодействия Li ⁺ с YP-50F и / или взаимодействия Li ^{. +} с алюминиевым коллектором.При высоких скоростях сканирования влияние пиков окислительно-восстановительного потенциала на профили CV-кривой незначительно, и все CV-кривые имеют особенности емкостного поведения. Чтобы свести к минимуму влияние алюминиевого коллектора, на вставках на том же рисунке показаны кривые CV, когда предел низкого напряжения выше 1,0 В. В этом случае емкостное поведение лучше выражено на профилях кривой CV, которые выглядят аналогично прямоугольник. Сравнение профилей ВАХ YP-50F показывает, что оптимальные пределы напряжения зависят от состава электролита: для электролита на основе LiPF ₆ диапазон составляет 1.2–3,4 В относительно Li / Li ⁺ ; 1,3–3,0 В относительно Li / Li ⁺ для LiBF ₄ ; и 1,0–3,6 В относительно Na / Na ⁺ в электролитах на основе NaPF ₆ .

Рисунок 1. Кривые циклической вольтамперометрии симметричных суперконденсаторных ячеек в органических электролитах при различных скоростях сканирования и пределах напряжения: (A) LiBF ₄ (0,1–3,0 В), (B) LiBF ₄ ( 1,3–3,0 В), (C) LiPF ₆ (0,1–3,0 В), (D) LiPF ₆ (1.3–3,0 В), (E) NaPF ₆ (0,1–3,0 В) и (F) NaPF ₆ (1,0–3,6 В).

Из кривых CV вычисляется удельная емкость (C _{sp, CV} ) YP-50F с использованием уравнения (1):

C⁢s⁢p, C⁢V = Q △ ⁢V⋅d⁢vd⁢t⋅m (1)

, где Q — площадь под кривой CV, d v / dt — скорость сканирования, V — потенциальное окно, а m — масса активного материала. Расчетные значения емкости в зависимости от скорости сканирования приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Удельная емкость (C _sp , CV) в зависимости от скорости сканирования в различных органических электролитах и ​​окнах потенциалов при скоростях сканирования 1, 10, 25, 50 и 100 мВ ^{— 1} .

YP-50F имеет более высокую емкость в электролите на основе LiBF ₄ по сравнению с LiPF ₆ . Емкость YP-50F в натриевом электролите приближается к емкости электролита на основе LiBF ₄ .Следует отметить, что в натриевом электролите диапазон напряжений шире, чем в литиевом электролите, что способствует увеличению плотности энергии суперконденсатора.

Гальваностатические зарядно-разрядные испытания проводятся для того, чтобы дополнительно дифференцировать характеристики YP-50F в литиевых и натриевых электролитах. Удельные емкости рассчитываются по следующему уравнению (Wang et al., 2017):

C = (I⁢x⁢Δ⁢t) / (m⁢x⁢Δ⁢V) (2)

, где I, Δt, m и Δ V указывают ток разряда, время разряда, массу активного материала и окно напряжения.

Расчетная емкость YP-50F и ее зависимость от токовой нагрузки показаны на рисунке 3. Необходимо выделить несколько моментов. Во-первых, удельная емкость уменьшается с увеличением плотности тока, вероятно, из-за значительного усиления ограничения диффузии внутри поровых каналов (Wang et al., 2015). Зависимость от скорости кажется одинаковой как для литиевых, так и для натриевых электролитов, когда используется широкий диапазон напряжений (от 0,1 до 3,0 В). В узком окне напряжения (т.е.(например, от 0,6 до 2,4 В для литиевого электролита и от 0,1 до 2,6 В для натриевого электролита) быстродействие YP-50F значительно улучшается. Полученные значения емкости YP-50F в литиевых и натриевых органических электролитах ниже, чем в водных электролитах (т.е. 6 M LiOH и 6 M NaOH) (Караманова и др., 2020): при токовой нагрузке 60 мА / г емкость составляет около 80 Ф / г в LiBF ₄ и NaPF ₆ против 113 Ф / г и 108 Ф / г в LiOH и NaOH, соответственно.Следует учитывать, что данные значения емкости достигаются в разном диапазоне напряжений: 1,8 В для LiPF ₆ и LiBF ₄ , 2,5 В для NaPF ₆ и 1,2 В для водных электролитов. Это влияет на плотность энергии, которая обсуждается ниже:

Рисунок 3. Разрядная емкость как функция силы тока (A, C) и номера цикла (B, D) симметричных суперконденсаторов с YP-50F в разных электролитах.

Среди органических электролитов при низкой плотности тока YP-50F в LiBF ₄ имеет более высокую емкость, чем YP-50F в LiPF ₆ . При высокой плотности тока эта тенденция меняется — емкости YP-50F в электролитах LiBF ₄ и LiPF ₆ почти одинаковы (рис. 3A). Замена лития на натриевый электролит не приводит к значительному изменению емкости YP-50F при малоточной нагрузке. При увеличении токовой нагрузки емкость YP-50F в NaPF ₆ уменьшается быстрее, чем у YP-50F в литиевом электролите.Это означает, что в электролите NaPF ₆ YP-50F демонстрирует худшие скоростные характеристики. Наблюдаемое явление может быть связано с разными размерами ионов Na ⁺ по сравнению с Li ⁺ и их совместимостью с размером пор YP-50F. На основе моделирования молекулярной динамики из первых принципов было рассчитано, что размеры первой сольватной оболочки щелочных ионов в ЕС-растворителе увеличиваются с Li ⁺ до Na ⁺ , то есть на 1,95–2,34 Å (Cresce et al. al., 2017). Размеры пор YP-50F превышают 1 нм (Караманова и др., 2019, 2020), что означает, что они доступны для сольватированных ионов Li ⁺ и Na ⁺ . С другой стороны, больший размер сольватированных ионов Na ⁺ может быть связан с худшей скоростной способностью YP-50F в электролите NaPF ₆ .

Циклическая стабильность также отличается, когда YP-50F циклируется в литиевом и натриевом электролитах (рис. 3). После 1000 циклов YP-50F характеризуется наивысшей циклической стабильностью при использовании электролита LiBF ₄ (т.е.э., около 89%). Наихудшая стабильность при циклировании наблюдается для YP-50F, подвергнутого циклированию в электролите на основе LiPF ₆ (т.е. около 83%). В электролите NaPF ₆ циклическая стабильность YP-50F колеблется около 84% и ниже, чем в электролите LiBF ₄ . Примечательно, что в водных электролитах циклическая стабильность YP-50F также хуже в натриевом электролите, чем в литиевом (т.е. 91–92% в NaOH против 94% в LiOH) (Караманова и др., 2020). Кроме того, эффективность Columbic как в водных, так и в неводных электролитах составляет около 99–100%. Это означает, что ионная проводимость электролита и размер ионов Li ⁺ и Na ⁺ — не единственные факторы, влияющие на характеристики суперконденсатора.

Следующим фактором является смачиваемость электрода электролитом. Поэтому смачиваемость YP-50F органическими и водными электролитами (определяемая краевым углом смачивания) приведена в таблице 1.В целом, органические электролиты лучше смачивают YP-50F по сравнению с водными электролитами. Будь то водный или органический электролит, смачиваемость YP-50F лучше у литиевого электролита, особенно у LiBF ₄ . Это может быть связано с улучшенными характеристиками YP-50F в электролите LiBF ₄ .

Таблица 1. Углы смачивания угольных электродов в водных и неводных электролитах лития и натрия.

Чтобы получить представление о влиянии электролита на характеристики суперконденсатора, было проведено измерений ex-situ SEM и XPS.Для целей этого исследования электроды анализируются после измерения CV.

СЭМ-изображения первичного и циклического электродов сравниваются на рисунке 4. Сравнение показывает, что первоначальная морфология электрода, состоящая из относительно однородных и плотно связанных частиц, сохраняется в значительной степени, когда YP-50F циклируется в LiBF _{. 4} электролит. В электролите LiPF ₆ морфология электрода претерпевает существенные изменения: появляются микрометрические трещины, а шероховатость электрода, по-видимому, увеличилась после циклирования ячейки.Это указывает на то, что соль LiPF ₆ более агрессивна по отношению к YP-50F, чем LiBF ₄ . В электролите NaPF ₆ изменения морфологии являются промежуточными между изменениями для электролитов LiBF ₄ и LiPF ₆ : трещины появляются, но они менее заметны по сравнению с LiPF ₆ . Это экспериментальное свидетельство низкой химической активности электролита NaPF ₆ по отношению к YP-50F в симметричных суперконденсаторах, чем у электролита LiPF ₆ .Химическая инертность LiBF ₄ по отношению к YP-50F, а также отличная смачиваемость YP-50F оказывают большое влияние на улучшенные характеристики суперконденсатора. Лучшую совместимость LiBF ₄ с активированным углем можно сравнить с недавними открытиями Metzger et al. (2020) о высоковольтной стабильности проводящего углерода с различными солями лития (Metzger et al., 2020). С помощью электрохимической масс-спектрометрии в режиме онлайн было продемонстрировано, что соль LiBF ₄ имеет лучшую стабильность по отношению к проводящему углероду (даже при 50 ° C), чем соль LiPF ₆ (Metzger et al., 2020). Это открытие, касающееся проводящего угля, согласуется с нашими наблюдениями относительно активированного угля.

Рис. 4. Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии исходного электрода переменного тока (A) , электрода переменного тока после испытания CV в электролите LiBF ₄ электролите (B) , электролите LiPF ₆ (C) , и электролит NaPF ₆ (D) .

Другими параметрами, которые могут влиять на емкость YP-50F, являются функциональные группы.Недавно было продемонстрировано, что YP-50F имеет преимущественно основные функциональные группы (Караманова и др., 2019, 2020). Кроме того, в небольших количествах присутствуют кислотные группы, такие как фенольные, карбоксильные и лактоновые группы (Караманова и др., 2019). При циклировании в щелочном электролите поверхность YP-50F обогащается карбоксильными группами (Караманова и др., 2019, 2020). Как правило, карбоксильные и гидроксильные группы депротонируются в щелочной среде, в то время как карбонильные группы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и вызывают псевдоемкость углеродистых материалов (Frackowiak and Beguin, 2001; Fang et al., 2012). Следует отметить, что существует много работ по химической реакционной способности функциональных групп в водном электролите, но в органических электролитах их мало. В этом исследовании мы исследуем поведение функциональных групп YP-50F в органических электролитах лития и натрия с помощью XPS-спектроскопии (рис. 5). Спектр C1s исходного YP-50F состоит из интенсивного пика при 284,8 эВ, который происходит от sp ² -гибридизированного графитового углерода. Кроме того, низкие интенсивные пики на 285.5, 287,0 и 288,8 эВ можно разложить. Эти пики связаны с атомами C, которые связаны с атомами кислорода в гидроксильных / эпоксидных группах (C-O), карбонильных группах (C = O) и карбоксильных группах (COOH). Эти назначения также поддерживаются спектром O1s нетронутого YP-50F. Однако следует учитывать, что отнесение пиков O1s к видам O в литературе не является простой процедурой, как в случае спектров C 1 (Clark and Dilks, 1979; Kundu et al., 2008). Независимо от этой неопределенности, спектр O1s показывает два перекрывающихся пика на 531.5 и 533,0 эВ, которые могут быть отнесены к атомам О с двойной связью в сложных эфирах, карбонатах и ​​кислотах, а также к атомам О с одинарной связью в кетонах, простых эфирах и спиртах.

Рис. 5. Спектры C1s, O1s и F1s для исходных YP-50F (а) и YP-50F, работающих в LiPF ₆ (б), LiBF ₄ (в) и NaPF ₆ (г ) и электролиты.

Циклирование YP-50F в электролитах LiPF ₆ и LiBF ₄ приводит к обогащению поверхности электрода гидроксильными / эпоксидными группами (C-O) и карбонильными группами (C = O).Такое поведение функциональных групп противоположно тому, которое наблюдается в водном литиевом электролите (т.е. 6M LiOH), где относительное количество карбоксильных групп значительно увеличивается. По сравнению с литиевыми электролитами электролит NaPF ₆ не вызывает каких-либо существенных взаимодействий с функциональными группами, что демонстрируют спектры C1s и O1s. Новую функцию здесь демонстрирует спектр F1s. Имеется пик при 683,6 эВ, связанный с атомами F в NaF.Фториды также наблюдаются на поверхности YP-50F, подвергнутого циклическому воздействию LiPF ₆ . Напротив, поверхность YP-50F не содержит фторидов в электролите LiBF ₄ . Этот результат может быть связан с более высокой стабильностью LiBF ₄ по сравнению с LiPF ₆ и NaPF ₆ .

Количество элементов в исходных и обработанных электродах определяется с помощью XPS и SEM / EDS. Совместное использование этих двух методов позволяет извлекать количественную информацию о химических элементах на разной глубине из образцов: XPS предоставляет химическую информацию только о нескольких верхних поверхностных слоях (т.е., до 5 нм), в то время как SEM идет глубже (то есть более чем на 1000 глубже, чем XPS) (Таблица 2).

Таблица 2. Содержание элемента (ат.%) Для YP-50F определено с помощью XPS и SEM / EDS анализа для нетронутых и отработанных электродов в различных электролитах после CV-тестов.

Данные XPS и SEM-EDS показывают, что количество кислорода почти однородно распределено по глубине исходного YP-50F. После электрохимической реакции поверхность обогащается атомами кислорода и фтора.Важно, чтобы поверхность электрода была беднее всего атомами O, F и Li, когда YP-50F работал в электролите LiBF ₄ . На этом электролите YP-50F обладает более высокими емкостными характеристиками.

Преимущество использования органических электролитов демонстрируется соотношением между плотностью энергии и плотностью мощности суперконденсаторов (SC) (графики Рагона, рисунок 6). При удельной мощности 100 Вт / кг ^–1 КА, работающий в LiBF ₄ , показывает удельную энергию 91.1 Whkg ^–1 , что выше, чем у электролитов LiPF ₆ и NaPF ₆ . Важно, что плотность энергии суперконденсаторов с органическими электролитами сопоставима, а в некоторых случаях выше, чем сообщалось ранее (Mak et al., 2012; Zhong et al., 2015; Pazhamalai et al., 2019). Плотность энергии в органическом электролите в три-четыре раза выше, чем в электролитах LiOH и NaOH (т. Е. При плотности мощности 100 Вт · кг ^-1 его плотность энергии составляет около 21-22 Вт · кг ^-1 ).Среди органических электролитов YP-50F, работавший в электролите NaPF ₆ , показывает очень хорошее соотношение между энергией и плотностью мощности, что будет иметь значение для создания устойчивого суперконденсатора.

Рисунок 6. График Рагона симметричных суперконденсаторов с YP-50F, работающих в органических и водных электролитах.

Заключение

Настоящее исследование демонстрирует емкостные характеристики промышленного углеродного продукта (YP-50F, «Kuraray Europe» GmbH), полученного из кокосовых орехов, в симметричных суперконденсаторах с использованием органических электролитов лития и натрия.Установлено, что YP-50F обеспечивает более высокую плотность энергии при использовании литиевого электролита, содержащего соль LiBF ₄ . Этот электролит химически инертен по отношению к YP-50F. Наиболее агрессивным электролитом по отношению к YP-50F является электролит на основе LiPF ₆ , что определяет более низкие плотности энергии и мощности. Взаимодействие электролитов на основе LiBF ₄ и LiPF ₆ с функциональными группами приводит к обогащению поверхности электрода гидроксильными / эпоксидными и карбонильными группами.Для сравнения: в основном щелочном электролите карбоксильные группы преобладают на поверхности электрода (Караманова и др., 2019, 2020). Натриевый электролит с солью NaPF ₆ менее агрессивен по отношению к YP-50F, чем таковой с солью LiPF ₆ , в результате чего наблюдаются хорошие емкостные характеристики натриевого электролита. Полученные результаты являются хорошей предпосылкой для будущих исследований и для более полного выяснения процессов, происходящих в различных органических электролитах.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Авторские взносы

БК провела основной эксперимент и провела электрохимические испытания ячеек суперконденсатора. MS, MG и TS принимали участие в экспериментах с учетом анализа ex-situ XPS и CV-характеристики YP-50F. AS и RS принимали участие в обсуждении результатов экспериментов и редактировании рукописи.Б.К., А.С. и Р.С. составили план исследования и написали рукопись. AS оказала финансовую поддержку. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа была поддержана Болгарским национальным научным фондом в рамках проекта DFNI κII-06-OIIP04 / 5 и частично Национальной дорожной картой для исследовательской инфраструктуры на 2017–2023 гг. «Хранение энергии и водородная энергетика (ESHER)», утвержденной DCM № 354 / 29.08.2017.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить профессора Олю Стоилову (Институт полимеров Болгарской академии наук) за измерение углов смачивания YP-50F в органических и водных электролитах.

Список литературы

Би, З., Конг, К., Цао, Ю., Сан, Г., Су, Ф., Вэй, X., и др. (2019). Пористые углеродные материалы на основе биомассы различных размеров для электродов суперконденсатора: обзор. J. Mater. Chem. А 7, 16028–16045. DOI: 10.1039 / C9TA04436A

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кальво, Э. Г., Рей-Раап, Н., Аренильяс, А., и Менендес, Дж. А. (2014). Влияние химии углеродной поверхности и pH электролита на накопление энергии суперконденсаторами. RSC Adv. 4, 32398–32404. DOI: 10.1039 / C4RA04430D

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, Z., Wang, X., Ding, Z., Wei, Q., Wang, Z., Yang, X., et al. (2019). Иерархический пористый углерод на основе биомассы для суперконденсаторов: влияние водных и органических электролитов на электрохимические характеристики. ChemSusChem 12, 5099–5110. DOI: 10.1002 / cssc.201

8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чмиола, Дж., Юшин, Г., Гогоци, Ю., Портет, К., Саймон, П., и Таберна, П. Л. (2006). Аномальное увеличение емкости углерода при размере пор менее 1 нанометра. Наука 313, 1760–1763. DOI: 10.1126 / science.1132195

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кларк, Д. Т., и Дилкс, А. (1979).ESCA применяется к полимерам. 23. Модификация полимеров тлеющим разрядом ВЧ в смесях чистого кислорода и гелия с кислородом. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 17, 957–976. DOI: 10.1002 / pol.1979.170170404

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кресче, А.В. У., Рассел, С., Бородин, О. А., Аллен, Дж. Л., Шредер, М., Дай, М. и др. (2017). Сольватационное поведение электролитов на основе карбонатов в ионно-натриевых батареях. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 574–586. DOI: 10.1039 / C6CP07215A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Этачери В., Маром Р., Элазари Р., Салитра Г. и Аурбах Д. (2011). Проблемы разработки перспективных литий-ионных аккумуляторов: обзор. Energy Environ. Sci. 4, 3243–3262. DOI: 10.1039 / C1EE01598B

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фанг, Ю., Луо, Б., Цзя, Ю., Ли, X., Ван, Б., Сун, К., и др. (2012). Обновление функционализированного графена в качестве электродов для высокопроизводительных суперконденсаторов. Adv. Матер. 24, 6348–6355. DOI: 10.1002 / adma.201202774

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Frackowiak, E., and Beguin, F. (2001). Углеродные материалы для электрохимического хранения энергии в конденсаторах. Углерод 39, 937–950. DOI: 10.1016 / S0008-6223 (00) 00183-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ху, X., Дэн, З., Суо, Дж., И Пан, З. (2009). Высокая скорость, емкость и длительный срок службы (LiMn ₂ O ₄ + AC) / Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ гибридная батарея-суперконденсатор. J. Источники энергии 187, 635–639. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2008.11.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Худак Н., Хубер Д. (2011). Наноструктурированные электроды из литий-алюминиевого сплава для литий-ионных аккумуляторов. ECS Trans. 33, 1–13. DOI: 10.1149 / 1.3557706

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Караманова Б., Стоянова А., Шипочка М., Гиргинов С., Стоянова Р. (2019). О циклической стабильности углеродов, полученных из биомассы, в качестве электродов в суперконденсаторах. J. Alloys Compd. 803, 882–890. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2019.06.334

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Караманова Б., Стоянова А., Шипочка М., Велева С., Стоянова Р. (2020). Влияние щелочно-основных электролитов на емкостные характеристики углеродсодержащих веществ, полученных из биомассы. Материалы 13, 2941–2952. DOI: 10.3390 / ma13132941

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кунду, С., Ван, Ю.М., Ся, В., и Мюлер, М. (2008). Термическая стабильность и восстанавливаемость кислородсодержащих функциональных групп на поверхности многослойных углеродных нанотрубок: количественное исследование XPS и TPD / TPR с высоким разрешением. J. Phys. Chem. С 112, 16869–16878. DOI: 10.1021 / jp804413a

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К., Чен, Дж., Фан, Л., Конг, X., и Лу, Ю. (2016). Прогресс в области электролитов для перезаряжаемых литиевых батарей и не только. Green Energy Environ. 1, 18–42.DOI: 10.1016 / j.gee.2016.04.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мак, В. Ф., Ви, Г., Аравиндан, В., Гупта, Н., Мхайсалкар, С. Г., и Мадхави, С. (2012). Асимметричный суперконденсатор с высокой плотностью энергии на основе электропряденых нановолокон пентоксида ванадия и полианилина в водном электролите. J. Electrochem. Soc. 159, A1481 – A1488.

Google Scholar

МакДонаф, Дж. К., Фролов, А. И., Прессер, В., Ниу, Дж., Миллер, К. Х., Убьето, Т., и другие. (2012). Влияние структуры углеродных луковиц на их электрохимические характеристики в электродах суперконденсатора. Углерод 50, 3298–3309. DOI: 10.1016 / j.carbon.2011.12.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мецгер, М., Вальке, П., Сольхенбах, С., Салитра, Г., Аурбах, Д., и Гастайгер, Х. А. (2020). Оценка высоковольтной стабильности проводящего углерода и этиленкарбоната с различными солями лития. J. Electrochem. Soc. 167: 160522.DOI: 10.1149 / 1945-7111 / abcabd

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паскье А. Д., Плитц И., Гурал Дж., Бадуэй Ф. и Аматуччи Г. Г. (2004). Аккумулятор Power-ion: ликвидирует разрыв между литий-ионным аккумулятором и химическим составом суперконденсатора. J. Источники энергии 136, 160–170. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2004.05.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пажамалаи, П., Кришнамурти, К., Манохаран, С., и Ким, С. Дж. (2019). Высокоэнергетический симметричный суперконденсатор на основе механически расслоенных многослойных листов MoS2 в органическом электролите. J. Alloys Compd. 771, 803–809. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2018.08.203

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Phattharasupakun, N., Wutthiprom, J., Suktha, P., Iamprasertkun, P., Chanlek, N., Shepherd, C., et al. (2017). Высокоэффективные суперконденсаторы из модифицированных карбоксилатом полых углеродных наносфер, покрытых гибкой бумагой из углеродного волокна: влияние содержания кислородсодержащих групп, электролитов и рабочей температуры. Электрохим. Acta 238, 64–73.DOI: 10.1016 / j.electacta.2017.03.208

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Понроуч А., Монти Д., Бошин А., Стин Б., Йоханссон П. и Паласин М. Р. (2015). Неводные электролиты для натриево-ионных аккумуляторов. J. Mater. Chem. А 3, 22–42. DOI: 10.1039 / C4TA04428B

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qian, W.J., Sun, F.X., Xu, Y.H., Qiu, L.H., Liu, C.H., Wang, S.D., et al. (2014). Углеродные хлопья человеческого волоса для электрохимических суперконденсаторов. Energy Environ. Sci. 7, 379–386. DOI: 10.1039 / C3EE43111H

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Руффорд, Т. Е., Хуликова-Юрчакова, Д., Чжу, З., и Лу, Г. К. (2008). Нанопористый угольный электрод из отходов кофейных зерен для высокоэффективных суперконденсаторов. Electrochem. Commun. 10, 1594–1597. DOI: 10.1016 / j.elecom.2008.08.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вали Р., Лахеар А., Джейнс А. и Ласт Э.(2014). Характеристики неводных смесей четвертичных растворителей и электролитов суперконденсаторов на основе солей натрия в широком диапазоне температур. Электрохим. Acta 121, 294–300. DOI: 10.1016 / j.electacta.2013.12.149

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Х., Лю Дж., Чжан К., Пэн Х. и Ли Г. (2015). Мезо / микропористые азотсодержащие углеродные нановолокна с улучшенными характеристиками электрохимической емкости. Synth. Встретил. 203, 149–155.DOI: 10.1016 / j.synthmet.2015.02.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, T., Zhang, S., Yan, X., Lyu, M., Wang, Bell, J., et al. (2017). Слоистые двойные гидроксидные нанолисты на основе 2-метилимидазола из Ni – Co в качестве высокоскоростного материала и материала для хранения высокой плотности энергии в гибридных суперконденсаторах. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9, 15510–15524. DOI: 10.1021 / acsami.7b02987

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, К.М., Ким, Ю. Дж., Эндо, М., Кано, Х., Юдасака, М., Иидзима, С. и др. (2007). Регулируемая наноокном удельная емкость электродов суперконденсатора одностенных углеродных нанорогов. Am. Chem. Soc. 129, 20–21. DOI: 10.1021 / ja065501k

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юэ З., Дуня Х., Ашури М., Кучук К., Ариал С., Антонов С. и др. (2020). Синтез активированного угля с очень высокой удельной поверхностью и его двойных электрических конденсаторных свойств в органических электролитах. ChemEngineering 4:43. DOI: 10.3390 / chemengineering4030043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжун, К.