Электролит в гелевых (GEL) и AGM аккумуляторных батареях

Основные понятия об электролите в AGM и GEL аккумуляторных батареях. В чем разница, способы фиксации.

Основные понятия

Электролит, применяемый в свинцово кислотных аккумуляторах, представляет собой водный раствор серной кислоты h3SO4. В противоположность другим электрохимическим системам электролит свинцово-кислотных аккумуляторов участвует в токообразующей реакции и меняет свою плотность–уменьшает при разряде за счет образования воды. Это означает, что плотность электролита разряженной свинцово-кислотной батареи будет значительно ниже, чем тот же показатель в заряженном состоянии.

Данный факт определяет основные отличия батарей свинцово-кислотной группы от других электрохимических систем, в частности, характер их поведения при отрицательных температурах, особенно при температурах ниже –5°С. Дело в том, что температура замерзания электролита при его разбавлении повышается, электролит при замерзании расширяется, и, следовательно, на морозе существует риск разрыва корпуса разряженного аккумулятора и/или разрушения активных масс.

В вентилируемых свинцово-кислотных аккумуляторах электролит пребывает в жидкой фазе. В батареях VRLA электролит находится в связанном состоянии: либо загущен до консистенции геля в гелевых аккумуляторах либо впитан в стекловолокнистый сепаратор в AGM-батареях.

Свободный (жидкий) электролит

Жидкий электролит также называется свободным электролитом и применяется в вентилируемых батареях. Массовая доля серной кислоты, в зависимости от требующейся плотности раствора, может составлять от 30 до 40 процентов.

Электролит в связанном состоянии

Фиксация электролита в гелевых аккумуляторах

Сначала разбавленная серная кислота смешивается с порошком аморфной двуокиси кремния SiO2. При интенсивном перемешивании твердая двуокись кремния и жидкий раствор серной кислоты образуют вязкое вещество. При помощи специального оборудования данной смесью заполняются аккумуляторные элементы. После нескольких часов покоя электролит приобретает еще большую вязкость и превращается в субстанцию молочного цвета – в Гель.

Такое поведение носит название тиксотропного эффекта и означает фиксацию электролита в тиксотропном геле. Водородные связи и силы Ван Дер Ваальса удерживают электролит в устойчивой трехмерной структуре.

Гель заполняет весь доступный объем аккумуляторного элемента или блока, за исключением его верхней части непосредственно под крышкой.

В геле всегда существуют микротрещины, по которым осуществляется перемещение газообразного кислорода между положительной и отрицательной пластинами. Таким

 образом, обеспечиваются условия рекомбинации воды внутри аккумуляторного элемента.

Фиксация электролита в AGM батареях

Аббревиатура AGM образуется по первым буквам слов Absorbent Glass Mat

(абсорбирующий стеклянный мат/матрица). Сепаратор в AGM-технологии выполняет две функции–служит резервуаром электролита и электрически разделяет пластины разных знаков. Стекловолоконный сепаратор является относительно крупнопористым в отличие от микропористого сепаратора гель-батарей.

Весь находящийся в аккумуляторе электролит впитан в сепаратор и отсутствует в свободном пространстве внутри корпуса.

Выделяющийся в процессе заряда кислород перемещается от положительного электрода к отрицательному через свободные поры, образованные стекловолокном, таким образом,

Обеспечиваются условия для реализации процесса внутренней рекомбинации газа. Высокая пористость стекловолокна обеспечивает высокую впитываемость жидкости — до 95-97% объема сепаратора.

Как эксплуатировать и заряжать гелевый аккумулятор

Для того чтобы начать разговор о преимуществах гелевого аккумулятора, нужно вначале разобраться что такое сам аккумулятор. По определению это источник тока, который многократно преобразовывает химическую энергию в электрическую и накапливает ее на продолжительный срок.

Разновидности аккумуляторов

Для бесперебойного питания используются четыре разновидности накопителей:

1. Стартерные автомобильные батареи, требующие проверки уровня электролита единожды в год и добавления дистиллированной воды по необходимости.
2. Стартерные автомобильные аккумуляторы необслуживаемые герметичные.
3. Стационарные батареи типа AGM.
4. Стационарные аккумуляторы типа GEL.

Последних две разновидности аккумуляторов можно устанавливать в жилых помещениях, а срок эксплуатации достигает 12 лет.

Absorptive Glass Mat (AGM) – распространенная технология, в которой применяется пористый заполнитель-сепаратор из стекловолокна, пропитанный электролитом, что позволяет добиться его состояния без жидкости.

Gelled Electrolite (GEL) – технология изготовления аккумуляторов, в которых состояние электролита напоминает гель. Данная субстанция получается путем добавления в него кремния. Это и есть т. н. гелевые аккумуляторы. Гелеобразный электролит в них позволяет достичь полной непроницаемости, а выделение газов осуществляется внутри разветвленной пористой системы геля. Такая технология позволяет свести обслуживание гелевого аккумулятора к нулю.

Преимущества и недостатки гелевых аккумуляторов

Плюсы

Во-первых, гелеобразный электролит не вытекает, что делает аккумулятор более безопасным и устойчивым к вибрациям. Данное качество позволяет устанавливать батарею вертикально.

Во-вторых, в отличие от кислотного электролита гелевый не разлагается, не кристаллизуется и коррозия не касается анодных пластин.

В-третьих, гелевый аккумулятор позволяет использовать его в нестандартных погодных условиях, к примеру, при –35 или при +50 градусах, а также во влажной среде.

В-четвертых, отлично держит кратковременный глубокий разряд.

В-пятых, активный материал, который используется в GEL аккумуляторах, увеличивает их емкость и сохраняет ее на стабильном уровне, что увеличивает срок эксплуатации батареи.

В-шестых, гелевый аккумулятор не выделяет газы, что в свою очередь снижает потерю массы электролита, а производительность аккумулятора возрастает.

Минусы

Эффективность рекомбинации газов в аккумуляторах со сгущенным электролитом несколько меньше (около 97%), чем в аккумуляторах типа AGM, в которых она превышает 99%.

Подвижность ионов из-за более плотной среды имеет более низкий показатель, что в свою очередь сказывается характеристике заряда-разряда гелевых аккумуляторов. Более того, при набросе нагрузки может прослеживаться частичный провал в напряжении, что приводит к активизации автоматики, защиты и неадекватному поведению всего оборудования.

Любой гелевый аккумулятор не переносит даже непродолжительного короткого замыкания. К примеру, при секундном замыкании двух полюсов обычным гаечным ключом, автомобильный гелевый аккумулятор моментально выйдет из строя.

При заряде гелевого аккумулятора током более 0,2 С10 возникает угроза «вспучивания» геля, так как эффективность рекомбинации меньше, а теплопроводность ограничена.

Высокое внутреннее сопротивление не позволяет снимать с гелевых аккумуляторов большие токи.

О некоторых особенностях автомобильных гелевых аккумуляторов можно узнать из видеоролика:

Зарядка гелевого аккумулятора

Сфера использования гелевых аккумуляторов простирается от автомобиля, сельхоз и мотто техники и солнечной батареи до многочисленных бытовых приборов. В правила эксплуатации гелевого аккумулятора входит и правильный заряд.

Когда устройство длительное время находится в простое, номинальная емкость медленно теряется и так же постепенно испаряется электролит. А так как гелевые аккумуляторы относятся к разряду необслуживаемых, то чаще всего их отправляют на свалку.

Однако, если гелевые аккумуляторы «умерли» не до конца, есть способ их «оживить». Вначале нужно провести тест, который покажет, есть ли шансы на выживание. Примечательно, что все это можно сделать своими руками.

Тест

Снять аккумулятор с устройства и замерить вольтметром остаточное напряжение. Если показатели не упали ниже 9 В, значит реанимировать батарею возможно. Нормальное напряжение колеблется в диапазоне 12,6-13,4 В.

Ремонт и восстановление

Инструментом с острым концом снять пластину или заглушки на верхней панели (зависит от типа АКБ).

Снять пробки с отверстий для залива.

Двухкубовым одноразовым шприцом набрать дистиллированную воду и при помощи иглы маленькими порциями заливать в отверстия, пока жидкость не покажется на поверхности. Дать отстояться около 3-х часов. Если вода полностью впиталась, добавить еще.

Затем, не закрывая заливные отверстия, подключить гелевую батарею к зарядному устройству, следя чтобы напряжение держалось на уровне 14-14,4 В, а величина тока не превышать 1/10 от емкости батареи. К примеру, при емкости 7 А/ч заряд тока должен быть не более 0,7 А. Превысив величину тока можно испортить гелевый аккумулятор, раздув его окончательно.

После заряда и периода отстоя должно получиться напряжение в пределах 12,6-12,8 В, тогда восстановление можно считать состоявшимся.

Отключить гелевый аккумулятор от зарядки, вытереть насухо «ловушки», закрыть резиновыми пробками и зафиксировать крышку верхней панели при помощи клея или скотча.

Для наглядности можно посмотреть видеоролик как восстановить гелевый аккумулятор:

Советы

Нужно обязательно контролировать вытекающий у заливных отверстий электролит: собирать шприцом и не допускать его выливания на борта корпуса аккумулятора.

При отсутствии прибора для зарядки, гелевая батарея присоединяется к клеммам прибора, на котором она был установлена. Остается включить прибор в электросеть.

После процедуры восстановления гелевого аккумулятора не рекомендуется класть его на бок или опрокидывать вверх тормашками.

Советы по эксплуатации

Прежде всего, нужно придерживаться правил указанных в эксплуатационном листке.

Также рекомендуется тренировать гелевый аккумулятор каждые 10 дней.

Каждые 2-3 года проводить ревизию, т.е. разбирать батарею и заправлять дистиллированной водой.

Все эти действия могут значительно увеличить срок эксплуатации гелевого аккумулятора.

Запчасти на renault 12

Прокладка впускного коллектора

Запчасти на renault 10

Сальник рулевой рейки/механизма (см. типоразмеры)

Высокостабильное образование поверхности раздела в гелеобразном электролите двойной соли для коагуляции на месте для литий-металлических аккумуляторов

Высокостабильное образование поверхности раздела в гелеобразном электролите двойной соли для коагуляции на месте для литий-металлических аккумуляторов†

Ю-Син Лин, ^и Рамеш Субрамани, ^и Ю-Тин Хуан, 9 лет0005 и Ю-Ланг Ли, ^аб Дженг-Шиунг Ян, * ^аб Чи-Чэн Чиу, ^ab Шэн-Шу Хоу * ^аб и Сишэн Тэн * ^абв

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Факультет химического машиностроения, Национальный университет Ченг Кунг, Тайнань 70101, Тайвань
Электронная почта: hteng@mail. ncku.edu.tw, [email protected], [email protected]

^б Исследовательский центр Hierarchical Green-Energy Materials (Hi-GEM), Национальный университет Ченг Кунг, Тайнань 70101, Тайвань

^с Центр прикладной наномедицины, Национальный университет Ченг Кунг, Тайнань 70101, Тайвань

Аннотация

Образование литиевых дендритов в литий-металлических батареях (LMB) может привести к короткому замыканию, пожару или взрыву, а также к потреблению лития за счет образования мертвого лития и утолщения твердоэлектролитной межфазной фазы (SEI). Вместо использования искусственного SEI мы используем гель-полимерный электролит (GPE), содержащий поли(винилиденфторид-9).0060 co -гексафторпропилен) (PVDF- co -HFP) и поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEMA), двойные соли лития и карбонатные растворители для стабилизации SEI и подавления образования дендритов. В сочетании с сепаратором GPE демонстрирует более высокую ионную проводимость, чем жидкие электролиты, и имеет высокое число переноса Li

⁺ -0,64. Без добавления LiNO ₃ этот GPE обеспечивает равномерное покрытие/удаление лития как с медных, так и с литий-металлических анодов при высоких токах благодаря надежному формированию SEI и незначительному росту дендритов. Полноэлементные LMB, содержащие этот GPE, могут обеспечивать высокую емкость при высоких скоростях разряда и обеспечивать высокую циклическую стабильность. Высокополярный ПВДФ- co -HFP облегчает диссоциацию противоиона для увеличения проводимости и связывает анион для уменьшения области пространственного заряда и, таким образом, препятствует росту литиевых дендритов. Кроме того, PHEMA тесно контактирует с металлическими анодами, что помогает подавить восстановление растворителя и загущение SEI. Этот GPE синтезируется в виде жидкости, которая коагулирует на месте во время сборки LMB. В этом исследовании представлена ​​стратегия продвижения технологии металлических анодов для реализации LMB.

Синтез гелевого полимерного электролита для суперконденсаторов, сборка суперконденсатора с использованием плоской плошки и измерение производительности гелевого электролита

Сохранить цитату в файл

Формат: Резюме (текст) PubMedPMIDAbstract (текст) CSV

Добавить в коллекции

• Создать новую коллекцию
• Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Невозможно загрузить вашу коллекцию из-за ошибки

Повторите попытку

Добавить в мою библиографию

• Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Повторите попытку

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Электронная почта: (изменить)

Который день? Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый рабочий день

Который день? ВоскресеньеПонедельникВторникСредаЧетвергПятницаСуббота

Формат отчета: SummarySummary (text)AbstractAbstract (text)PubMed

Отправить максимум: 1 шт.

5 шт. 10 шт. 20 шт. 50 шт. 100 шт. 200 шт.

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Полнотекстовые ссылки

Корпорация MyJove

Полнотекстовые ссылки

. 2022 30 ноября;(189).

дои: 10.3791/64057.

Охён Квон ¹ , Джихён Кан ¹ , Сохён Чан ¹ , Сеён Чхве ¹

, Ходжонг Ом ¹ , Джунхёп Шин ¹ , Чон-Квон Парк ¹ , Сумин Парк ² , Инхо Нам ³

Принадлежности

• ¹ Школа химического машиностроения и материаловедения, кафедра интеллектуальной энергетики и промышленности, кафедра перспективной инженерии материалов, Университет Чун-Анг.
• ² Школа энергетики, материалов и химической инженерии Корейского технологического и педагогического университета; [email protected].
• ³ Школа химической инженерии и материаловедения, кафедра интеллектуальной энергетики и промышленности, кафедра передовой инженерии материалов, Университет Чун-Анг; [email protected].

• PMID: 36533837
• DOI: 10.3791/64057

Охён Квон и др. J Vis Exp. 2022 .

. 2022 30 ноября;(189).

дои: 10. 3791/64057.

Авторы

Охён Квон ¹ , Джихён Кан ¹ , Сохён Чан ¹ , Сеён Чхве ¹ , Ходжонг Эом ¹ , Джунхёп Шин ¹ , Чон-Квон Парк ¹ , Сумин Парк ² , Инхо Нам ³

Принадлежности

• ¹ Школа химического машиностроения и материаловедения, кафедра интеллектуальной энергетики и промышленности, кафедра перспективной инженерии материалов, Университет Чун-Анг.
• ² Школа энергетики, материалов и химической инженерии Корейского технологического и педагогического университета; smpark@koreatech.
  ac.kr.
• ³ Школа химической инженерии и материаловедения, кафедра интеллектуальной энергетики и промышленности, кафедра передовой инженерии материалов, Университет Чун-Анг; [email protected].

• PMID: 36533837
• DOI: 10.3791/64057

Абстрактный

Суперконденсаторы (СК) привлекли внимание в качестве накопителей энергии из-за их высокой плотности и длительности рабочего цикла. СЭ, используемые в устройствах, работающих в растяжимых системах, требуют растяжимых электролитов. Гелевые полимерные электролиты (GPE) являются идеальной заменой жидким электролитам. Поливиниловый спирт (ПВС) и поливинилиденфторид-со-гексафторпропилен (ПВДФ-ГФП) широко применяются в качестве электролитов на основе полимерной матрицы для суперконденсаторов из-за их низкой стоимости, химической стабильности, широкого диапазона рабочих температур и высокой ионной проводимости.

Здесь мы описываем процедуры для (1) синтеза гелевого полимерного электролита с ПВС и ПВДФ-ГФП, (2) измерения электрохимической стабильности гелевых полимерных электролитов методом циклической вольтамперометрии (ЦВА), (3) измерения ионной проводимости гелевых полимерных электролитов с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), (4) сборка симметричных монетных ячеек с использованием электродов из активированного угля (AC) с гелевыми полимерными электролитами на основе PVA и PVDF-HFP и (5) оценка электрохимических характеристик с использованием гальваностатического заряда -анализ разряда (GCD) и CV при 25 °C. Кроме того, мы описываем проблемы и идеи, полученные в результате этих экспериментов.

Похожие статьи

• Улучшение характеристик гелевого полимерного электролита на основе ПВДФ-ГФП с легирующей примесью октавинилполиэдрического олигомерного силсесквиоксана.

  Го Х, Ли С, Чен Ф, Чу Ю, Ван Х, Ван В, Чжао Л, Чжу Ю. Го X и др. Материалы (Базель). 2021 21 мая; 14 (11): 2701. дои: 10.3390/ma14112701. Материалы (Базель). 2021. PMID: 34063801 Бесплатная статья ЧВК.

• Твердотельный полимерный суперконденсатор на основе поли(3,4-этилендиокситиофена) с ионным жидким гелеобразным полимерным электролитом.

  Ду Х, У З, Сюй Ю, Лю С, Ян Х. Ду Х и др. Полимеры (Базель). 2020 2 февраля; 12 (2): 297. doi: 10.3390/polym12020297. Полимеры (Базель). 2020. PMID: 32024287 Бесплатная статья ЧВК.

• Разработка сенсибилизированных красителем солнечных элементов, состоящих из встроенных жидких кристаллов, электропряденых поли(винилиденфторид-со-гексафторпропилен) нановолокон в качестве полимерных гелевых электролитов.

  Ан С.К., Бан Т., Сактхивел П., Ли Дж. В., Гал Ю.С., Ли Дж.К., Ким М.Р., Джин Ш.Х. Ан С.К. и др. Интерфейсы приложений ACS. 2012 Апрель; 4 (4): 2096-100. дои: 10.1021/am3000598. Epub 2012 23 марта. Интерфейсы приложений ACS. 2012. PMID: 22422008

• Обзор современных тенденций в области твердых полимерных электролитов на основе поливинилового спирта (ПВС).

  Деннис Дж.О., Шукур М.Ф., Алдагри О.А., Ибнауф К.Х., Адам А.А., Усман Ф., Хасан Ю.М., Альсадиг А., Данбатуре В.Л., Абдулкадир Б.А. Деннис Джо и др. Молекулы. 2023 13 февраля; 28 (4): 1781. doi: 10,3390/молекулы28041781. Молекулы. 2023. PMID: 36838770 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Гелевые/твердые полимерные электролиты, характеризующиеся гелеобразованием или полимеризацией на месте для электрохимических энергетических систем.