26Дек

Какая должна быть плотность в аккумуляторе 60: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Какая должна быть плотность аккумулятора 60?

Процент заряженности Плотность электролита г/см³ (**) Напряжение аккумулятора В (***)
60% 1,21 12,3
40% 1,175 12,1
20% 1,14 11,9
0% 1,10 11,7

Какая должна быть плотность электролита в заряженном аккумуляторе?

Плотность полностью заряженной батареи составляет 1.27- 1.28 г/см3, напряжение — 12.5 В. О степени разряженности батареи судят по плотности электролита. Чем ниже плотность электролита, тем сильнее батарея разряжена.

Какая должна быть плотность аккумулятора летом?

Лето В летний период аккумуляторная батарея имеет проблему, связанную с потерей большого количества жидкости. Плотность рекомендуется держать на 0,02 г/см3 ниже значения, которое требуется по стандартам.

Что делать при низкой плотности электролита?

Если плотность в аккумуляторе снижена до 1. 18, тогда нужно доливать не электролит, а аккумуляторную кислоту. Плотность такой кислоты намного выше. В случаях, когда сразу поднять плотность не удалось, процесс повторяется до тех пор, пока не удается получить нужное значение.

Нужно ли менять плотность аккумулятора?

Сейчас во все аккумуляторные батареи, в частности для наших широт заливают электролит плотностью 1,27- 1,28 г/см3. И менять её не требуется, это запрещено вообще! Коррекцию электролита самостоятельно тоже нельзя делать ни в коем случае.

Как поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях?

К примеру, рекомендуется залить в батарею раствор воды с содой и оставить его там на 4 часа. После этого также рекомендуется заливать на час в аккумулятор раствор поваренной соли. Очистив банки аккумулятора от старого электролита, необходимо залить в него новый.

Как узнать что аккумулятор полностью заряжен?

Базовый принцип: установите вольтметр на клеммы аккумулятора с зарядкой. Если в течении часа напряжение не увеличивается при токе заряда, который не изменяется, значит АКБ заряжен на 100%.

Как можно проверить плотность аккумулятора?

Проверка плотности проводится ареометром. Для этого трубку помещают в заливное отверстие и откачивают часть жидкости. Электролит нужно проверять в каждой банке. Рекомендуем проводить проверку при температуре 20-30 °C., тогда стандартными показателями будут 1.27 – 1.29.

Какая плотность должна быть в разряженном аккумуляторе?

У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1.10±0.01 г/см3. Если значение плотности во всех банках аккумулятора одинаково (±0.01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе?

Как повысить плотность

Осмотрите аккумулятор: на нем не должно быть дефектов и повреждений, особое внимание уделите токовыводам. Если уровень в норме (от 1,18) долейте электролит с нормальной плотностью до 1,25. Выполняйте долив в каждой банке, используя клизму-грушу.

Как правильно измерить плотность аккумулятора в домашних условиях?

Измерение ареометром производят при температуре электролита +20 … +30°C. Если температура иная, то необходимо применять корректировочные поправки к показанию ареометра. Пользование ареометром настолько простое, что даже можно проверить плотность электролита в домашних условиях.

Как изменяется плотность электролита при разряде аккумулятора?

По мере разряда аккумулятора плотность электролита снижается от 1,28 г/см3 до 1,09 г/см3, что приводит к снижению его электропроводности почти в 2,5 раза. В результате омическое сопротивление аккумулятора по мере разряда увеличивается.

Что такое плотность аккумулятора?

В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3. Она пропорциональна концентрации раствора, а обратно зависима, относительно температуры жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность). По плотности электролита можно определить состояние батареи.

Как уменьшить плотность в аккумуляторе?

Дистиллированная вода. Добавляется в электролит для уменьшения его плотности. 1. В связи с тем что, кислота и вода имеют разную плотность, при разведении электролита или кислоты водой, следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот.

Почему постоянно выкипает аккумулятор?

«Кипение» аккумулятора это процесс электролиза: разложение воды на кислород и водород. Если аккумулятор закипел, это означает что происходит перезаряд: напряжение или ток заряда слишком высокие для батареи. Стабилизируют его с помощью реле-регулятора напряжения. …

Какая должна быть плотность в аккумуляторе?

Для нормальной работы АКБ плотность электролита должна лежать в пределах 1,23-1,4 г/куб. см, так как именно при такой плотности раствор имеет максимальную электропроводность. Однако плотность концентрированной серной кислоты составляет 1,83 г/куб.

Какая должна быть плотность в аккумуляторе 60 ампер?

Как проверить плотность аккумулятора

Процент заряженности Плотность электролита г/см³ (**) Напряжение аккумулятора В (***)
100% 1,28 12,7
80% 1,245 12,5
60% 1,21 12,3
40% 1,175 12,1

Сколько должна быть плотность в новом аккумуляторе?

Плотность полностью заряженной батареи составляет 1.27- 1.28 г/см3, напряжение — 12.5 В. О степени разряженности батареи судят по плотности электролита. Чем ниже плотность электролита, тем сильнее батарея разряжена.

Что делать при низкой плотности электролита?

Чтобы повысить плотность электролита в АКБ можно воспользоваться одним из представленных способов:

  1. Полностью заменить электролит на новую жидкость с нормальной концентрацией 1 г/куб. см;
  2. Залейте кислоту аккумулятора в электролит;
  3. Доведите имеющийся раствор до нужной концентрации.

Как правильно поднять плотность в аккумуляторе?

Как повысить плотность

Осмотрите аккумулятор: на нем не должно быть дефектов и повреждений, особое внимание уделите токовыводам. Если уровень в норме (от 1,18) долейте электролит с нормальной плотностью до 1,25. Выполняйте долив в каждой банке, используя клизму-грушу.

Какая должна быть плотность аккумулятора летом?

Для того, чтобы плотность выровнялась по банкам АКБ и вышла у Вас к номинальной 1,27- 1,28 г/см3. С такой плотностью электролита можно ездить и летом и зимой, так скажем всесезонный аккумулятор.

Как узнать что аккумулятор полностью заряжен?

Базовый принцип: установите вольтметр на клеммы аккумулятора с зарядкой. Если в течении часа напряжение не увеличивается при токе заряда, который не изменяется, значит АКБ заряжен на 100%.

Когда нужно доливать дистиллированную воду в аккумулятор до зарядки или после?

Воду нужно доливать во время заряда батареи, либо в только что заряженный аккумулятор, как и рекомендуют производители, которые делают в своих батареях отверстия для долива. Уровень электролита достаточен, если он выше верха пластин на 1 см. Очень опасны «сухие» пластины, края которых выше уровня электролита.

Как изменяется плотность электролита при разряде аккумулятора?

По мере разряда аккумулятора плотность электролита снижается от 1,28 г/см3 до 1,09 г/см3, что приводит к снижению его электропроводности почти в 2,5 раза.

Почему при зарядке аккумулятора не повышается плотность?

Если аккумулятор заряжен, то плотность уже не поднимется. Лишний перезаряд батареи, только разрушает её пластины. А вот если батарея разряжена, тогда да, плотность электролита повышается и увеличивается ЭДС аккумулятора, если только он не «умерший» окончательно.

Как правильно измерить плотность аккумулятора в домашних условиях?

Измерение ареометром производят при температуре электролита +20 … +30°C. Если температура иная, то необходимо применять корректировочные поправки к показанию ареометра. Пользование ареометром настолько простое, что даже можно проверить плотность электролита в домашних условиях.

Инструкция по эксплуатации автомобильных аккумуляторных батарей.

 

Для безопасного и максимально длительного срока службы Вашей аккумуляторной батареи, мы рекомендуем ознакомиться с рядом простых правил по ее эксплуатации:

1. БЕЗОПАСНОСТЬ.
Первое, на что стоит обратить внимание, это безопасность. Категорически запрещается использование батареи вблизи открытых источников огня и замыкать между собой полюсные клеммы аккумулятора. Старайтесь не наклонять батарею больше чем на 45 градусов, во избежание вытекания ее содержимого (электролита). При попадании электролита на открытые участки кожи следует незамедлительно промыть их обильным количеством воды, после чего обезвредить пораженный участок 5% раствором соды и аммиака, при необходимости показать пораженный участок врачу.

2. СНЯТИЕ И УСТАНОВКА АКБ.
Перед снятием или установкой батареи убедитесь, что все потребители электроэнергии выключены. При отключении аккумуляторной батареи, первой отключается отрицательная клемма (-), после чего положительная (+). Подключение аккумулятора производится в обратном порядке, сначала подключается положительная, затем отрицательная клеммы. После установки АКБ (аккумуляторной батареи) необходимо удостовериться, что батарея надежно закреплена на площадке, а высоковольтные провода четко зафиксированы на клеммах.

3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ АКБ.
Немаловажными в процессе использования аккумуляторной батареи являются условия, в которых она содержится. Рекомендуется раз в три месяца протирать батарею, особенно ее верхнюю часть, на которой могут быть следы электролита, влажной тряпкой, во избежание возникновения нежелательной электрической связи. Обязательно выкиньте тряпку сразу после протирки. Плюсовые и минусовые клеммы аккумулятора должны быть закрыты специальными коробами или смазаны густой нейтральной смазкой во избежание их окисления и последующей коррозии. Чтобы не разрядить аккумулятор, пуск двигателя автомобиля в условиях минусовых температур рекомендуется производить короткими (до 10 секунд) включениями стартера, с интервалом не менее полминуты. Допускается использование аккумуляторных батарей, если напряжение разомкнутой цепи батареи (без нагрузки) составляет не менее 12,6 Вольт, напряжение под нагрузкой должно быть не ниже 11 Вольт. Напряжение измеряется датчиками автомобиля или нагрузочной вилкой. Плотность электролита во всех аккумуляторах (ячейках АКБ) должна быть не ниже 1,26г/см3. В случае, если произошел глубокий разряд батареи, необходимо как можно скорее произвести ее заряд. В условиях низких температур снижение плотности электролита может привести к замерзанию АКБ, что влечет за собой разрушение пластин и корпуса. Заряд АКБ может производиться двумя способами — при постоянном токе или при постоянном напряжении. При постоянном токе равном 1/10 емкости 12 Вольтовой батареи, АКБ заряжают до тех пор, пока напряжение не достигнет 14,4 Вольт, далее сила зарядного тока снижается вдвое и заряд продолжается до постоянства напряжения и плотности электролита в ячейках в течение двух часов. При этом в конце заряда наблюдается бурное выделение газа, приводящее к кипению электролита. Заряд при постоянстве напряжения производится в течение суток зарядными устройствами, обеспечивающими зарядное напряжение не менее 16 Вольт. Не допускается перезаряд аккумуляторной батареи. Перезаряд АКБ снижает срок службы и приводит к неисправности.

4.СРОК СЛУЖБЫ АКБ

Гарантийные сроки эксплуатации АКБ установлены ГОСТом не менее 18 месяцев. Однако, практически все виды производственных дефектов, если таковые имеются, выявляются в течение первых 6 месяцев регулярной эксплуатации. Величина срока реальной службы АКБ зависит от условий эксплуатации, качества электрооборудования, режима работы автомобиля, условий контроля и ее своевременного обслуживания. Снижает срок жизни АКБ работа в режиме «такси», глубокий разряд или перезаряд АКБ. Максимальный срок надежной безотказной работы АКБ достигается регулярным контролем ее состояния и работы электрооборудования.

5. УТИЛИЗАЦИЯ АКБ.
По истечении своего срока службы, аккумуляторная батарея подлежит утилизации. Стоит помнить, что аккумуляторная батарея относится к 1 классу опасности и ее содержимое, по сути, является ядом. На сегодняшний день, в рамках Правительственной программы по сбору и утилизации отработавших свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, на территории Москвы и Московской области, работает ряд лицензированных компаний, которые занимаются приемом АКБ как у юридических, так и у физических лиц. Участие в этой программе, поможет сохранить природу! Стоит отметить, что компании не берут денег за утилизацию аккумулятора, а в некоторых случаях даже выкупают их.

 

 

Какая должна быть плотность в аккумуляторе? Как проверить плотность аккумулятора? Как повысить плотность аккумулятора?

Многим автовладельцам наверняка приходилось сталкиваться с проблемой некорректной работы аккумулятора. Бывает так, что машина простояла всего сутки, а завести ее после этого становится невозможно. При этом даже длительная зарядка батареи не помогает. Подобные симптомы свидетельствуют о снижении плотности электролита. О том, какая должна быть плотность в аккумуляторе, почему она падает, и как ее поднять до нужного уровня, мы и поговорим в этой статье.

Электролит и его плотность

Электролит – это раствор, состоящий из серной кислоты и дистиллированной воды. Эти компоненты содержатся в примерно равных частях: вода – 1 часть, серная кислота – 1,25 части. Показатель 1,25 – это и есть плотность аккумулятора автомобиля. Эксплуатационные свойства АКБ напрямую зависят от этого показателя – чем он выше,
тем ниже у нее температура замерзания, а сама она находится в удовлетворительном рабочем состоянии. Зная, какая должна быть плотность в аккумуляторе, можно судить о реальном состоянии своего устройства.


Замер плотности АКБ

Перед тем как проверить плотность аккумулятора, следует обзавестись специальным прибором под названием ареометр. Он представляет собой устройство, состоящее из нескольких резиновых и стеклянных элементов.

Т.к. электролит является опасным химическим соединением, перед замером его плотности необходимо позаботиться о мерах предосторожности, а именно работы проводить в резиновых перчатках, избегая попадания жидкости на кожу и одежду. Категорически запрещается курить!

Откройте горловину банки, вставьте в нее наконечник устройства и с помощью груши наберите немного электролита так, чтобы поплавок ареометра свободно плавал в корпусе, не задевая дно, боковые стенки и верх. Подождите, пока жидкость в приборе успокоится, и, держа его на уровне глаз, визуально считайте показания. Данную процедуру проведите со всеми банками. Если разница плотности будет превышать 0,01 г на куб. см, то обязательно долейте дистиллированную воду либо поставьте АКБ на выравнивающую зарядку. При снижении плотности до показателя 1,24 г на куб. см или ниже аккумулятор следует подзарядить.


Дополнительные рекомендацииВажно знать не только, как проверить плотность аккумулятора с помощью ареометра,
но и правила внесения поправок к показанию прибора в конкретных температурных условиях. Оптимальная температура электролита для измерения его плотности составляет +15 — +25˚С, но если приходится выполнять эту процедуру при более высокой или низкой температуре, то показания необходимо корректировать.

Температура электролита (˚С)

Поправка к показаниям ареометра

— 45

— 0,04

— 30

— 0,03

— 15

— 0,02

0

0

+ 15

0

+ 30

+ 0,01

+ 45

+ 0,02

+ 60

+ 0,03

Не следует выяснять, какая плотность в аккумуляторе, после того как туда недавно
была долита вода, или после неоднократных попыток запуска стартера. После выполнения всех процедур тщательно промойте ареометр водой.

Как поднять плотность в аккумуляторе?

Самым простым способом поддержания необходимого уровня электролита в АКБ является долив дистиллированной воды. Однако большинство автовладельцев забывают или не знают о том, что периодически необходимо замерять плотность аккумулятора, т.к. вода со временем выкипает, а вместе с ней и электролит, что влечет снижение плотности, иногда до критической отметки. Когда аккумулятор совсем
отказывается работать, то тут же возникает животрепещущий вопрос: «Как поднять плотность в аккумуляторе?»

Используя нижеизложенную инструкцию, вы сможете самостоятельно продлить жизнь АКБ. Однако помните, что эта процедура требует особого внимания и аккуратности.

Меры предосторожности

• Соблюдайте максимальную осторожность при работе с электролитом: все действия выполняйте в защитных очках и резиновых перчатках.
• При самостоятельном разведении электролита обязательно следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот! Эти жидкости имеют разную плотность, и результатом ошибки могут стать серьезные ожоги.
• Запрещено переворачивать АКБ вверх дном, т.к. вследствие этого активная поверхность пластин может осыпаться и вызвать короткое замыкание.
• Заранее подготовьте емкости для слива старого электролита и приготовления новой смеси.
• Предварительно проверьте пластмассу, которую будете использовать для запайки отверстий, на стойкость к электролиту.
• Помните, что заряженный аккумулятор будет иметь большую плотность.

Подготовительный этап

Для того чтобы поднять плотность электролита аккумуляторе, потребуются:
• ареометр;
• мерная емкость;
• клизма-груша;
• паяльник;
• дрель;
• электролит;
• аккумуляторная кислота;
• дистиллированная вода.


Как поднять плотность электролита в аккумуляторе: подробная инструкцияПроизводим замеры плотности электролита в каждой банке. Помня, какая должна быть
плотность в аккумуляторе, сопоставляем свои реальные показатели. Итак, если плотность составляет 1,25-1,28, а разброс значений в каждой банке не превышает 0,01, то аккумулятор вполне работоспособен, и каких-либо процедур ему не требуется. Если же показатели варьируются на уровне 1,18-1,20, то единственным вариантом будет долив электролита с плотностью 1,27.

• Из одной банки откачайте с помощью клизмы-груши максимальное количество старого электролита и замеряйте его объем.
• Долейте свежий раствор в количестве, составляющем половину от откачанного.
• Активно, но аккуратно покачайте аккумулятор, чтобы перемешались жидкости.
• Замеряйте плотность. Если значение не такое, какая должна быть плотность в аккумуляторе, долейте еще ½ электролита от оставшегося количества. Операцию следует повторять, пока не получите требуемые показатели.
• Остаток долейте дистиллированной водой.


Что делать при критическом уровне плотностиЕсли показатель плотности ниже 1,18, то данную проблему решить доливом электролита не получится. В этом случае потребуется аккумуляторная кислота, имеющая существенно большую плотность. Данный процесс производится аналогично схеме добавления электролита. Если с одного раза не удалось достичь нужных результатов, повторяйте процедуру необходимое количество раз.
Если в аккумуляторе плотность даже ниже 1,18, то необходимо прибегнуть к процедуре полной замены электролита. Для этого сразу надо откачать с помощью груши максимальное количество раствора. Затем на аккумуляторных банках герметично закройте вентиляционные отверстия пробок. Поставьте АКБ набок и поочередно просверлите 3-3,5-миллиметровые отверстия в дне каждой из банок. Перед тем как проделывать очередное отверстие, из предыдущего сливайте остатки электролита.

Далее необходимо тщательно промыть аккумуляторную батарею дистиллированной водой. После этого запаяйте высверленные отверстия кислотостойкой пластмассой (к примеру, для этого можно использовать пробки с ненужного аккумулятора).
Проделав все подготовительные процедуры, можете приступать к заливке свежего электролита. В этом случае рекомендуется использовать раствор, приготовленный самостоятельно, плотность которого будет несколько выше, чем предусмотрена для вашего климатического пояса. При этом следует учесть, что даже полная замена электролита в старом аккумуляторе не сможет обеспечить ему такой же срок службы, как у новой АКБ.

Совет: если вы хотите, чтобы аккумулятор служил вам как можно дольше, не забывайте его вовремя заряжать и проверяйте периодически его плотность.

Причина замерзания электролита в АКБ

О состоянии заряженности стартерной АКБ однозначно можно судить по величине плотности электролита и НРЦ в состоянии покоя.

НРЦ заряженной батареи равно 12,7-12,9 В, а в разряженном не более 12,0 В.

Глубокий разряд батареи при эксплуатации может произойти при наличии неисправности в системе электрооборудования. При этом напряжение 12-вольтовой батареи может снизиться до 6 В и даже ниже. Чем глубже разряд, тем ниже плотность электролита. Количество активной массы и электролита сбалансированы для получения заданной емкости АКБ. Поэтому в конце разряда плотность электролита снижается до значения 1,08-1,10 г/см3. Из рис. 1 видно, что электролит полностью заряженной батареи (1,28 г/см3) замерзнет при температуре минус 65°С, а полностью разряженной (1,10 г/см3) уже при минус 7°С. Это значит, что при нормальной для России зимней погоде (до минус 30°С) может замерзнуть электролит у батареи, разряженной на 45-50% (1,19— 1,20 г/см3). Поэтому изготовители батарей считают недопустимой эксплуатацию батарей со степенью заряженности ниже 75% (плотность электролита 1,24 г/см3 или НРЦ 12,6 В).

Рис.1 Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности

Поэтому можно однозначно утверждать, что образование льда во всех или нескольких ячейках батареи говорит о том, что АКБ в процессе эксплуатации разрядилась значительно ниже уровня, допустимого согласно инструкции по эксплуатации. Причинами низкой заряженности могут быть:

— неисправности генератора, регулятора напряжения,

— замыкания в проводке,

— большой отбор мощности нештатным оборудованием и т.п.

Если же замерзает электролит только в одной из шести ячеек АКБ, это говорит о том, что именно в этой ячейке, вероятно, имеется короткое замыкание разноименных пластин, которое приводит к саморазряду данного аккумулятора. При этом в остальных ячейках электролит не замерзает, его плотность остается нормальной. Если это происходит во время гарантийного срока, значит, причиной замыкания является дефект. Поэтому такая батарея должна быть предъявлена в сервисный центр или продавцу для установления вида дефекта с целью замены на новую исправную батарею. При холодной погоде (температура значительно ниже нуля) доливать дистиллированную воду в АКБ для восстановления уровня электролита в ячейках следует только перед выездом автомобиля или во время заряда от стационарного устройства. Это исключит замерзание доливаемой воды до того как она успеет перемешаться с холодным электролитом.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

Любой водитель иногда сталкивается с проблемой неожиданно севшей АКБ, однако, мало, кто знает, что причиной этого явления чаще всего является недостаточная плотность электролита.

Стоит отметить, что сразу же после приобретения новой батареи плотность субстанции до первой зарядки составляет не менее, чем то, которое установил производитель для конкретной климатической полосы в стране.

Необходимо обращать внимание на этот показатель, поскольку плотность напрямую зависит от определенной температуры, как и моторное масло.

Узнай время зарядки своего аккумулятора

Так АКБ, плотность электролита которой высока, легко эксплуатируется при самых сильных морозах, что позволяет сохранить нормальный заряд и уверенный запуск мотора.

При этом, если плотность субстанции в аккумуляторе низкая, то применять ее в холодном климате не представится возможным, поскольку это грозит:

  • плохой запуск в условиях морозной зимы;
  • стабильным недозарядом АКБ, что понижает срок ее эксплуатации.

Как правильно замерить плотность электролита

Замер плотности электролита

Стоит понять, что в процессе использования аккумуляторной батареи меняется плотность и объем электролита, а эти параметры придется контролировать собственноручно. Для того, чтобы замерить плотность электролита аккумулятора следует:

  • измерять ее только на 100% заряженной АКБ;
  • нельзя снимать аккумулятор с авто или выключать зажигание;
  • перед проверкой обязательно корректируется уровень электролита;
  • добавить в электролит воду, чтобы его объем был нормальным;
  • зарядка аккумулятора производится в течение всей ночи, но только небольшим током;
  • после того, как термин зарядки окончился, АКБ следует отключить от зарядного устройства и оставить его для отдыха;
  • после отстоя в шесть часов производят измерение плотности электролита, поскольку этот показатель будет самым точным;
  • проверять плотность субстанции следует не реже, чем одного раза в три месяца, однако, исключительно с замерами выводного напряжения;
  • для того, чтобы измерить плотность, стоит демонтировать, очистить и осмотреть АКБ;
  • после этого взять прибор для измерения уровня электролита и полую трубочку из стекла;
  • измерения проводятся только после установки аккумулятора на ровную поверхность и вывертывания его банок;
  • полая трубка опускается одним концом в баночку, а второй кончик зажимается одним из пальцев, после чего прибор осматривается на уровень электролита (норма – 12 или 15 сантиметров).

Понять в норме ли плотность субстанции поможет только лишь таблица плотности электролита в аккумуляторе при различных температурах и степени зарядки, приведенная ниже.

Степень зарядки Темпера тура
Выше 25 градусов Ниже 25 градусов
Зарядка на 100% 1.210 – 1.230 1.270 -1.290
Заряженная на 70% 1.170 — 1.190 1.230 – 1.250
Полностью разряженная 1.050 – 1.070 1.110 – 1.130

Мифы о зимней и летней плотности электролита

Профессионалы указывают на то, что плотность электролита в аккумуляторе согласно таблице зимой и летом практически неизменна. Ни в одном автомобильном магазине человеку не продадут АКБ с электролитом для зимнего или летнего периода.

Электролит плотностью в 1.27 или 1.28

В наши дни практически во всех аккумуляторах для всех регионов России применяется электролит плотностью в 1.27 или 1.28 грамм на кубический сантиметр. Самостоятельно корректировку электролита проводить категорически запрещено, поскольку это может вывести из строя даже новую рабочую АКБ. Как правило, повысить плотность электролита в аккумуляторе зимой или летом смогут только специалисты по ремонту данного агрегата и то только при его восстановлении.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе позволяет понять в рабочем ли состоянии находится АКБ или же реанимировать ее не получится. Согласно данным таблицы можно понять, что плотность электролита 1.27 не позволит субстанции замерзнуть, пока температура не опустится до шестидесяти градусов, что в условиях российской зимы маловероятно.

В том случае, если сильно повысить плотность электролита летом или зимой, среда станет невероятно агрессивной, а значит, мгновенно выходят из строя пластины АКБ. Категорически запрещено в том случае, если показатели слегка больше или меньше, указанных в таблице, доливать электролит зимой, а дистиллированную воду летом.

Как повысить плотность электролита в домашних условиях

Для того, чтобы нормализировать плотность электролита до данных, указанных в таблице, зачастую достаточно будет просто зарядить аккумуляторную батарею. При этом слишком уж повышенная плотность электролита негативно будет влиять на состояние АКБ.

Перед тем, как повышать уровень плотности электролита до нормального уровня зимой или летом следует проделать простые манипуляции, чтобы повышенная плотность не повысилась еще больше, как это показано на видео:

  • приготовить таблицу значений для определенной АКБ при использовании ее в конкретном российском регионе;
  • взять ареометр и выдавить из груши воздух;
  • погрузить наконечник прибора в банку № 1 и набрать немного субстанции в него;
  • пождать несколько секунд и приступить к оцениванию результата, понимая, что он будет одинаковым летом и в зимнюю пору года.

При этом повышенная плотность будет определяться красным цветом индикатора, нормальная – зеленым. Потом стоит проделать вышеуказанные процедуры со второй банкой аккумуляторной батареи автотранспортного средства, чтобы определить повышенная или нет плотность электролита в ней.

Если же автомобилист все-таки собрался повысить плотность электролита в АКБ, ему придется по старинке разбавлять его дистиллированной водой. Однако в целях соблюдения мер безопасности вода наливается в емкость, куда тонкой струйкой понемногу добавляется кислота. Иначе, может произойти взрыв, поэтому обязательно следует надевать очки и резиновые перчатки.

Таблица плотности электролита

Чтобы исключить повышенную плотность, после доливки смеси аккумуляторную батарею следует подзарядить в течение тридцати минут для перемешивания.

Проблемы с электролитом связаны с тем, что при работе аккумулятора, он нагревается, а дистиллированная вода из него быстро испаряется.

Стоит отметить, что для получения самых точных результатов прибор следует промывать не проточной, а дистиллированной водой сразу же после применения. Неисправный ареометр может привести к неправильным результатам, а манипуляции с ним приведут к поломке аккумулятора.

Когда после всех процедур плотность электролита АКБ не приходит в норму, то его следует поменять в определенном объеме, иначе аккумулятор попросту выйдет из строя окончательно.

Практически каждый автомобилист знает, насколько важно держать аккумуляторную батарею своего автомобиля в порядке. От ее состояния зависит не только возможность пуска двигателя, но и нормальная работа всего электрооборудования машины. К сожалению, далеко не всем известно, что исправность и «боеготовность» батареи зависит не только от своевременной и качественной ее зарядки, но и от нормальной плотности электролита в аккумуляторе.

Устройство и принцип работы АКБ

Для того чтобы качественно провести обслуживание аккумулятора и обеспечить правильную его работу, необходимо хотя бы приблизительно представлять, что у него внутри и как все это работает. Поэтому, прежде чем перейти к вопросам об электролите, необходимо понять, как устроен автомобильный аккумулятор и по какому принципу он работает.

Конструкция батареи

Практически все свинцово–кислотные батареи имеют одинаковую конструкцию. Состоят они из отдельных секций (банок), каждая из которых имеет набор положительных и отрицательных пластин. Первые называются катодными и выполнены из металлического свинца. Вторые, анодные, сделаны из диоксида свинца. Пластины собраны в пакет и помещены в кислотостойкую емкость, в которую впоследствии заливается рабочая жидкость – водный раствор серной кислоты или так называемый электролит.

Устройство секции свинцово-кислотного аккумулятора:

  • 1 – крышка банки;
  • 2 – корпус банки;
  • 3 – ребристый отстойник;
  • 4 – пластины, собранные в пакет;
  • 5 – отрицательный (анодный) вывод;
  • 6 – отрицательный (анодные) пластины;
  • 7 – диэлектрическая прокладка – сепаратор;
  • 8 – положительный (катодный) вывод;
  • 9 – положительные (катодные) пластины.

Готовые секции, соединенные последовательно, и являются аккумуляторной батареей. В шестивольтовых АКБ таких секций три, в 12-ти вольтовых – шесть.

Как это работает

Итак, конструкция АКБ достаточно проста, но каким образом на ее выводах появляется напряжение? Действительно, если взять батарею прямо из магазина и подключить к ней вольтметр, то прибор покажет «0». Отсутствие тока обусловлено тем, что электролит не заливается в батарею сразу после изготовления, и в стоящем на магазинной полке аккумуляторе пластины сухие. Рабочая жидкость заливается в АКБ уже после покупки.

Самое время выяснить, для чего нужен электролит. Поскольку положительные и отрицательные пластины имеют различный химический состав, между ними, погруженными в кислотный раствор, возникает разность потенциалов (примерно 2 В на секцию, чем и обусловлено количество секций в батарее). При подключении к клеммам АКБ нагрузки между пластинами, благодаря высокой электропроводности электролита, начинает течь ток. Одновременно начинается химический процесс преобразования диоксида свинца в сульфат свинца с участием серной кислоты. Как только количество диоксида и серной кислоты упадет до определенного уровня, процесс прекратится, и батарея перестанет вырабатывать ток – разрядится.

В процессе разрядки серная кислота и диоксид свинца расходуются на образование сульфата свинца

Но аккумуляторы, в отличие от гальванических элементов (батареек), могут восстанавливать свои химические свойства. Если подключить АКБ к источнику постоянного тока, то под его действием сульфат начнет разлагаться на диоксид свинца и серную кислоту. Батарея начнет заряжаться, преобразуя электрическую энергию в химическую. Как только количество диоксида и кислоты достигнет исходных величин, батарею можно считать заряженной.

Химические процессы, возникающие в батарее при ее разрядке и зарядке

Серная кислота, входящая в состав электролита, играет одну из основных ролей в работе АКБ. Именно от ее свойств будет зависеть качественная и долговременная работа батареи в целом.

Понятие плотности электролита

Вполне понятно, что количество серной кислоты и диоксида свинца в батарее должно быть сбалансированным – ведь они расходуются вместе. Поскольку количество диоксида свинца определяется производителем, автомобилисту после покупки аккумулятора остается лишь заправить АКБ необходимым количеством кислоты. Емкость секций батареи тоже фиксирована, поэтому в нее больше нормы не зальешь.

Остается единственный вариант – разбавить кислоту нейтральной к свинцу жидкостью, что и делается. Разбавляется кислота обычной водой, но дистиллированной, чтобы соли, содержащиеся в обычной воде, не нарушили чистоту раствора и не вывели АКБ из строя. Обычно автолюбитель покупает уже готовый электролит нужной плотности в автомагазине, хотя приготовить его можно и самостоятельно.

Процентное отношение воды к кислоте в полностью заряженном аккумуляторе составляет 70/30. Но при составлении электролита и его измерениях намного удобнее пользоваться единицами плотности – г/см. куб. или кг/м. куб. Удельный вес воды и кислоты различен, а значит, по общей плотности раствора можно судить о процентном соотношении его составляющих – концентрации.

Оптимальная концентрация кислоты

Пониженная концентрация, как правило, приводит к ускоренной сульфатации пластин – образованию на них нерастворимого сульфата свинца, который уже не может разложиться на кислоту и диоксид. В результате емкость батареи катастрофически падает, КПД уменьшается, а внутреннее сопротивление увеличивается (сульфат – диэлектрик).

Даже полностью заряженная, но сульфатированная батарея, выдающая, казалось бы, нормальное напряжение, садится после первого пуска, а то и вообще не в состоянии провернуть стартер. Кроме того, электролит с низкой плотностью замерзает при более высоких температурах, а значит, на стоянке даже при легком морозе батарею попросту разорвет льдом.

Чрезмерно высокая плотность электролита в аккумуляторной батарее не менее опасна, поскольку излишняя кислотность сокращает ресурс батареи в разы, буквально съедая пластины. Конечно, аккумулятор, залитый одной кислотой, будет крутить «как зверь», но сколько проживет такая АКБ? Сутки, может неделю. Если повезет – месяц.

А теперь пора вернуться к оптимальной плотности. В сети можно увидеть множество таблиц «рекомендованной» плотности, в зависимости от климатических условий. Если тепло – пониже, если мороз – повыше. Чем грозят эти «повыше» и «пониже», было описано в предыдущих абзацах. Поэтому не стоит изобретать велосипед, поскольку все эксперименты уже провели производители АКБ, а рекомендованная плотность приводится в сопроводительной документации.

С новым, сухим (сухозаряженным) аккумулятором все просто – в него заливается электролит комнатной температуры с плотностью 1.28 г/см. куб. Через час концентрация упадет до 1.26 – 1.27 г/см. куб., и батарея готова к работе. Далее, в процессе заряда/разряда аккумулятора и в зависимости от температуры окружающей среды, плотность раствора будет все время колебаться. Больше разряд – ниже плотность, идет заряд – плотность повышается. В нормально функционирующей АКБ отношение плотности к степени заряда и напряжению на клеммах выражается следующими показателями:

  • 1.265 кг/м. куб. — 12.6 … 12.7 В — полностью заряжена;
  • 1.225 кг/м. куб. — 12.3 … 12.4 В — 75%;
  • 1.190 кг/м. куб. — 12.0 … 12.1 В — 50%;
  • 1.115 кг/м. куб. — 11.8 … 11.9 В — 25%;
  • 1.120 кг/м. куб. — 11.6 … 11.7 В — разряжена;
  • ниже 1.120 кг/м. куб. — ниже 11.6 В — глубокий разряд.

Стоит обратить внимание на то, что все параметры батареи, включая плотность и напряжение, сильно зависят от температуры. Поэтому значения справедливы только при 26.7 градусах Цельсия. Если нужно провести измерения при другой температуре окружающей среды, то дополнительно придется воспользоваться таблицей плотности электролита от температуры, которую несложно найти в сети.

Выяснив зависимость плотности от выходного напряжения батареи, а значит, и от степени ее заряда, контролировать концентрацию электролита несложно. Достаточно замерить напряжение на клеммах отключенного аккумулятора любым вольтметром, затем измерить плотность и проверить их соответствие.

Проверка плотности рабочей жидкости

Для измерения плотности жидкостей существуют специальные приборы – ареометры или плотномеры. Есть такой и для автомобильных аккумуляторов. Выполнен он в виде большого шприца, внутри которого расположен поплавок со специально отградуированной шкалой.

Поплавок автоареометра комплектуется специальным «шприцем» для работы в узкогорлых секциях аккумуляторов.

Для того чтобы измерить плотность в аккумуляторе, со всех его секций сворачиваются пробки. Далее грушу ареометра сжимают, а его иглу погружают в секцию. Отпустив грушу, набирают в шприц электролит. При этом поплавок прибора всплывает. Плотность жидкости считывают со шкалы по тому уровню, до которого всплыл поплавок.

Поплавок всплыл до уровня 1.200. Плотность электролита – 1.2 г/см. куб.

После измерения грушу вновь сжимают, а после слива электролита обратно в батарею ареометр промывают проточной водой и сушат. Не следует забывать, что каждая секция – отдельная, независимая часть АКБ, поэтому плотность нужно измерить в каждой.

Когда и чем доливают аккумулятор

Необходимость доливки рабочей жидкости в батарею возникает нечасто, но она бывает необходимв. Что, сколько и в каких случаях нужно доливать? Всего таких случаев два: низкий уровень электролита и ненормальная кислотность рабочей жидкости.

Низкий уровень в секциях

Эта ситуация возникает часто, поскольку в процессе работы батареи вода испаряется или, как принято говорить, выкипает. При этом уровень раствора в секциях уменьшается, и края пластин оказываются сухими. Определить это можно визуально, просто свинтив пробки с секций и заглянув в заливные горловины. Нормальный уровень жидкости в секции должен быть примерно на 1 см выше уровня среза пластин. В некоторых АКБ даже имеется специальная метка, отштампованная на корпусе. Если уровень низкий, то ситуация хоть и серьезна, но устранить ее легко. Для этой операции понадобятся:

  • медицинский шприц без иглы или автомобильный ареометр;
  • дистиллированная вода;
  • средства защиты (очки и резиновые перчатки).

Дистиллированная вода набирается в шприц и заливается в соответствующие секции, до нужного уровня. После доливки жидкости в аккумулятор его ставят на зарядку. В этом плане автоареометр намного предпочтительней, поскольку, долив воду, тут же можно проконтролировать плотность раствора.

Следует соблюдать осторожность: нельзя работать с кислотой, если глаза не защищены.

Ненормальная кислотность

Если изначально батарея была заправлена как положено, то чрезмерно большая плотность электролита в аккумуляторе может появиться только в случае, если выкипела вода или измерения проводились при сильном морозе (с понижением температуры плотность повышается, и это нормально). В первом случае достаточно просто долить воду, во втором – произвести перерасчет или, что проще и правильнее, заняться измерениями в отапливаемом помещении.

А вот падение концентрации кислоты – ситуация реальная. Обычно это происходит из-за неправильной эксплуатации АКБ или ввиду ее «преклонного возраста». Причина – появление нерастворимого сульфата, который при своем образовании использовал кислоту, но уже не разлагается при зарядке, а значит, вернуть ее обратно в раствор не может. Ситуация не особо радостная, но восстановить плотность необходимо хотя бы для того, чтобы дотянуть до покупки новой батареи.

Прежде чем принять решение о доливке кислоты, необходимо еще раз убедиться в том, что плотность действительно ниже положенной при текущем состоянии АКБ. Если решение принято, то понадобятся ареометр, перчатки, очки и корректирующий электролит плотностью 1.35 — 1.40 г/см. куб. (в продаже есть и такой).

Корректирующий электролит для доливки в автомобильный аккумулятор

В крайнем случае подойдет и стандартный 1.28 г/см. куб., но, возможно, придется отобрать лишнюю жидкость из секции в отдельную емкость, чтобы освободить место для более «крепкого».

Методика доливки та же, что и воды, но при этом плотность в банке постоянно контролируется тем же ареометром.

Категорически запрещается поднимать концентрацию раствора доливкой чистой серной кислоты. Во-первых, это очень опасно, во-вторых, даже нескольких грамм концентрированной кислоты достаточно, чтобы кардинально изменить плотность раствора в секции, а значит, выставить нужную плотность пол-литровым ареометром исключительно сложно.

Плотность электролита в аккумуляторе очень важный параметр у всех кислотных АКБ, и каждый автовладелец должен знать: какая плотность должна быть, как её проверить, а самое главное, как правильно поднять плотность аккумулятора (удельный вес кислоты) в каждой из банок со свинцовыми пластинами заполненных раствором h3SO4.

Проверка плотности – это один из пунктов процесса обслуживания аккумуляторной батареи, включающий так же проверку уровня электролита и замер напряжения АКБ. В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3. Она пропорциональна концентрации раствора, а обратно зависима, относительно температуры жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность).

По плотности электролита можно определить состояние батареи. Так что если батарея не держит заряд, то следует проверить состояние её жидкости в каждой его банке.

Плотность электролита влияет на емкость аккумулятора, и срок его службы.

Проверяется денсиметром (ареометр) при температуре +25°С. В случае, если температура отличается от требуемой, в показания вносятся поправки, как показано в таблице.

Итак, немного разобрались, что это такое, и что нужно регулярно делать проверку. А на какие цифры ориентироваться, сколько хорошо, а сколько плохо, какой должна быть плотность электролита аккумулятора?

Выдерживать оптимальный показатель плотности электролита очень важно для аккумулятора и стоит знать, что необходимые значения зависят от климатической зоны. Поэтому плотность аккумулятора должна быть установлена исходя из совокупности требований и условий эксплуатации. К примеру, при умеренном климате плотность электролита должна находиться на уровне 1,25-1,27 г/см3 ±0,01 г/см3. В холодной зоне, с зимами до -30 градусов на 0,01 г/см3 больше, а в жаркой субтропической — на 0,01 г/см3 меньше. В тех регионах, где зима особо сурова (до -50 °С), дабы аккумулятор не замерз, приходится повышать плотность от 1,27 до 1,29 г/см3.

Много автовладельцев задаются вопросом: «Какой должна быть плотность электролита в аккумуляторе зимой, а какой летом, или же нет разницы, и круглый год показатели нужно держать на одном уровне?» Поэтому, разберемся с вопросом более подробно, а поможет это сделать, таблица плотности электролита в аккумуляторе с разделением на климатические зоны.

Нюанс, который следует знать — чем меньше плотность электролита в полностью заряженном аккумуляторе, тем он дольше прослужит.

Также нужно помнить, что, как правило, аккумуляторная батарея, находясь на автомобиле, заряжена не более чем на 80-90 % её номинальной ёмкости, поэтому плотность электролита будет немного ниже, чем при полном заряде. Так что, требуемое значение, выбирается чуть-чуть повыше, от того, которое указано в таблице плотности, дабы при снижении температуры воздуха до максимального уровня, АКБ гарантированно оставался работоспособным и не замерз в зимний период. Но, касаясь летнего сезона, повышенная плотность может и грозить закипанием.

Высокая плотность электролита приводит к снижению срока службы аккумуляторной батареи. Низкая плотность электролита в аккумуляторе приводит к снижению напряжения, затрудненному пуску двигателя.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

Таблица плотности составляется относительно среднемесячной температуры в январе-месяце, так что климатические зоны с холодным воздухом до -30 °C и умеренные с температурой не ниже -15 не требуют понижения или повышения концентрации кислоты. Круглый год (зимой и летом) плотность электролита в аккумуляторе не стоит изменять, а лишь проверять и следить, чтобы она не отклонялась от номинального значения, а вот в очень холодных зонах, где столбик термометра часто на отметке ниже -30 градусов (в плоть до -50), корректировка допускается.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

Плотность электролита в аккумуляторе зимой должна составлять 1,27 (для регионов с зимней температурой ниже -35 не менее 1.28 г/см3). Если будет значение ниже, то это приводит к снижению электродвижущей силы и трудного запуска двигателя в морозы, вплоть до замерзания электролита.

Снижение плотности до 1,09 г/см3, приводит к замерзанию АКБ уже при температуре -7°С.

Когда в зимнее время плотность в аккумуляторной батареи понижена, то не стоит сразу бежать за корректирующим раствором дабы её поднять, гораздо лучше позаботится о другом – качественном заряде АКБ при помощи зарядного устройства.

Получасовые поездки от дому к работе и обратно не позволяют электролиту прогрется, и, следовательно, хорошо зарядится, ведь аккумулятор принимает заряд лишь после прогрева. Так что разряженность изо дня в день увеличивается, и в результате падает и плотность.

Проводить самостоятельные манипуляции с электролитом крайне нежелательно, допускается только корректировка уровня дистиллированной водой (у легковых – 1,5 см над пластинами, а грузовых до 3 см).

Для новой и исправной АКБ нормальный интервал изменения плотности электролита (полный разряд – полный заряд) составляет 0,15-0,16 г/см3.

Помните, что эксплуатация разряженного аккумулятора при минусовой температуре приводит к замерзанию электролита и разрушению свинцовых пластин!

По таблице зависимости температуры замерзания электролита от его плотности, можно узнать минусовой порог столбика термометра, при котором образовывается лед в вашем аккумуляторе.

Как видите, при заряженности на 100% аккумуляторная батарея замерзнет при -70 °С. При 40% заряде замерзает уже при -25 °С. 10% не только не дадут возможности запустить двигатель в морозный день, но и напрочь замерзнет в 10 градусный мороз.

Когда плотность электролита не известна, то степень разряженности батареи проверяют нагрузочной вилкой. Разность напряжения в элементах одной батареи не должна превышать 0,2В.

Показания вольтметра нагрузочной вилки, B

Степень разряженности батареи, %

Если АКБ разрядилась более чем на 50% зимой и более чем на 25% летом, её необходимо подзарядить.

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Летом аккумулятор страдает от обезвоживания, поэтому учитывая то, что повышенная плотность плохо влияет на свинцовые пластины, лучше если она будет на 0,02 г/см3 ниже требуемого значения (особенно касается южных регионов).

В летнее время температура под капотом, где зачастую находится аккумулятор, значительно повышена. Такие условия способствуют испарению воды из кислоты и активности протекания электрохимических процессов в АКБ, обеспечивая высокую токоотдачу даже при минимально допустимом значении плотности электролита (1,22 г/см3 для теплой влажной климатической зоны). Так что, когда уровень электролита постепенно падает, то повышается его плотность, что ускоряет процессы коррозионного разрушения электродов. Именно поэтому так важно контролировать уровень жидкости в аккумуляторной батарее и при его понижении добавить дистиллированной воды, а если этого не сделать, то грозит перезаряд и сульфация.

Стабильно завышенная плотность электролита приводит к снижению срока службы АКБ.

Если аккумулятор разрядился по невнимательности водителя или другим причинам, следует попробовать вернуть ему его рабочее состояние при помощи зарядного устройства. Но перед тем как заряжать АКБ, смотрят на уровень и по надобности доливают дистиллированную воду, которая могла испариться в процессе работы.

Через некоторое время плотность электролита в аккумуляторе, из-за постоянного разбавления его дистиллятом, снижается, и опускается ниже требуемого значения. Тогда эксплуатация батареи становится невозможной, так что возникает необходимость повысить плотность электролита в аккумуляторе. Но для того, чтобы узнать насколько повышать, нужно знать как проверять эту самую плотность.

Дабы обеспечить правильную работу аккумуляторной батареи, плотность электролита следует проверять каждые 15-20 тыс. км пробега. Измерение плотности в аккумуляторе осуществляется при помощи такого прибора как денсиметр. Устройство этого прибора состоит из стеклянной трубки, внутри которой ареометр, а на концах — резиновый наконечник с одной стороны и груша с другой. Чтобы произвести проверку, нужно будет: открыть пробку банки аккумулятора, погрузить его в раствор, и грушей втянуть небольшое количество электролита. Плавающий ареометр со шкалой покажет всю необходимую информацию. Более детально как правильно проверить плотность аккумулятора рассмотрим чуть ниже, поскольку есть еще такой вид АКБ, как необслуживаемые, и в них процедура несколько отличается — вам не понадобится абсолютно никаких приборов.

Разреженность батареи определяется по плотности электролита – чем меньше плотность, тем более разряжена батарея.

Индикатор плотности на необслуживаемой АКБ

Плотность необслуживаемого аккумулятора отображается цветовым индикатором в специальном окошке. Зеленый индикатор свидетельствует, что все в норме (степень заряженности в пределах 65 — 100%), если плотность упала и требуется подзарядка, то индикатор будет черный. Когда в окошке отображается белая или красная лампочка, то нужен срочный долив дистиллированной воды. Но, впрочем, точная информация о значении того или иного цвета в окошке, находится на наклейке аккумуляторной батареи.

Теперь продолжаем далее разбираться, как проверять плотность электролита обычного кислотного аккумулятора в домашних условия.

Проверка плотности электролита, с целью выяснения необходимости её корректировки, производится только у полностью заряженной батареи.

Проверка плотности электролита в аккумуляторе

Итак, чтобы можно было правильно проверить плотность электролита в аккумуляторной батарее, первым делом проверяем уровень и при необходимости его корректируем. Затем заряжаем аккум и только тогда приступаем к проверке, но не сразу, а после пары часов покоя, поскольку сразу после зарядки или долива воды будут недостоверные данные.

Следует помнить, что плотность напрямую зависит от температуры воздуха, поэтому сверяйтесь с таблицей поправок, рассматриваемой выше. Сделав забор жидкости из банки аккумулятора, держите прибор на уровне глаз – ареометр должен находиться в состоянии покоя, плавать в жидкости, не касаясь стенок. Замер производится в каждом отсеке, а все показатели записываются.

Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе?

Многим этот вопрос кажется простым, а ответ очевидным. Слить электролит с низкой плотностью и залить с более высокой. Или слить только часть, а вместо неё добавить концентрированный раствор. Но перед тем как это делать, стоит задуматься, а надо ли? Такой подход требуется в единичных случаях. Есть ещё один более правильный вариант – это поднятие плотности электролита с помощью зарядки. Чаще всего именно так и следует повышать плотность. В этой заметке речь пойдёт о том, как правильно поднять плотность электролита, зарядкой или заменой. Рассмотрим, что более уместно в той или иной ситуации.

 

Содержание статьи

А какая плотность нормальная?

Как известно, электролит в свинцово-кислотном аккумуляторе является раствором серной кислоты (H2SO4) в воде (используется дистиллированная вода без примесей). В рамках этого материала мы не будет рассказывать о сортах серной кислоты, её плотности и т. п. Если интересно, можете прочитать это в отдельном материале про электролит.



Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора должна быть на отметке 1,27 гр/см3. Обычно в разных банках она лежит в интервале 1,25─1,27 гр/см3. При этом ЭДС на выводах аккумуляторной батареи 12,6─12,9 вольта. В таблице ниже можно посмотреть зависимость плотности, напряжения, степени заряженности и температуры замерзания электролита.
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,1111,78,40-7
1,1211,768,546-8
1,1311,828,6812,56-9
1,1411,888,8419-11
1,1511,94925-13
1,16129,1431-14
1,1712,069,337,5-16
1,1812,129,4644-18
1,1912,189,650-24
1,212,249,7456-27
1,2112,39,962,5-32
1,2212,3610,0669-37
1,2312,4210,275-42
1,2412,4810,3481-46
1,2512,5410,587,5-50
1,2612,610,6694-55
1,2712,6610,8100-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Падение плотности ниже 1,15 гр/см3 (ЭДС ниже 12 В) рекомендуется не допускать. Это приводит к необратимым последствиям для аккумулятора. Если автомобиль эксплуатируется в холодном климате, то плотность допускается увеличивать до 1,29─1,3 гр/см3. От себя могу добавить, что в последнее время часто встречаю новые аккумуляторы типа Ca/Ca, у которых электролит в заряженном состоянии (ЭДС > 12,6 В) имеет плотность 1,24─1,25 гр/см3. Об таких фактах можно найти немало отзывов в сети. С чем это связано? Мне кажется, причина может быть только в сульфатации во время хранения.



Вернуться к содержанию
 

А нужно ли поднимать плотность?

Если коротко, то далеко не всех случаях требуется повышение плотности. Точнее не требуется её повышение неестественными способами. Чтобы пояснить мысль, нужно обратиться к процессам, происходящим в свинцово-кислотной электрохимической системе.

Аккумуляторная батарея состоит из наборов положительных и отрицательных электродов, погруженных в раствор серной кислоты. Чтобы исключить замыкание, электроды помещены в изолирующие конверт-сепараторы. Электрод состоит из решётки и обмазки.

Решётки изготавливаются по различным технологиям из разных сплавов и это тема отдельного разговора. А в качестве обмазки на отрицательных электродах присутствует порошкообразный свинец (Pb), а на положительных – паста диоксида свинца (PbO2). Последний имеет красно-коричневый цвет.



В процессе разряда АКБ на электродах протекают следующие реакции при непосредственном участии электролита.

Положительный электрод (анод)

PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e => PbSO4 + 2H2O

Отрицательный электрод (катод)

Pb + SO42- — 2e => PbSO4

Общая реакция в электрохимической системе описывается уравнением

Pb + 2H2SO4 + PbO2 => 2PbSO4 + 2H2O

Как видите, в процессе разряда серная кислота из электролита взаимодействует как с диоксидом свинца на аноде и металлическим свинцом на катоде с образованием сульфата свинца (PbSO4) и воды (H2O). Ток течёт от анода к катоду. В результате реакции постепенно падает плотность электролита. Обычно нижний предел 1,1─1,15 гр/см3. К этому моменту поры обмазки забиваются сульфатом свинца и реакция сходит на нет. Напряжение на выводах к этому моменту падает до 12 вольт и ниже.



При заряде указанные реакции идут в обратном направлении. То есть, сульфат свинца растворяется с расходом воды и образованием Pb, PbO2 и серной кислоты. Концентрация электролита растёт и плотность увеличивается.

К чему все это было сказано? Дело в том, что плотность электролита должна повышаться «естественным путём» в результате зарядки. Если к моменту окончания заряда плотность не достигла 1,27 гр/см3, то причина проблемы не электролит, а система в целом. Конечно, это условии, что зарядное устройство (ЗУ) работает исправно и плотность вы измеряете исправным ареометром.

Итак, в чём причина пониженной плотности к моменту окончания заряда? Это процесс сульфатации, подробнее о котором можно прочитать здесь. Постепенно в процессе эксплуатации часть PbSO4 не растворяется до конца во время зарядки и накапливается на активной массе электродов. Это значит (см. реакции выше), что процессы при зарядке прошли не до конца. Поскольку растворился не весь сульфат свинца, то восстановилась не вся серная кислота и осталось больше воды. Результат – концентрация электролита меньше, как и его плотность.



Отсюда вывод. Чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, нужно в первую очередь заниматься десульфатацией и максимально полной зарядкой АКБ. Если пониженная плотность вызвана сульфатацией, то не следует повышать её увеличением концентрации электролита. Это только усугубит ситуацию.

Даже если плотность ниже 1,27 гр/см3, все вещества остаются в электрохимической системе. Если вы искусственно увеличиваете плотность электролита, то равновесие нарушается и концентрация PbSO4 будет ещё больше. При разряде из электролита выделится сульфат свинца, который уже точно не растворится при заряде, поскольку теперь он в избытке. А плотность по окончании заряда снова будет ниже нормы. И так далее.



Что делать? Никому не навязываю своё мнение, но, мне кажется замена электролита (или изменение его плотности «вручную») для увеличения плотности уместна в следующих случаях.
  • Перелили воды или она попала туда в результате ЧП. В результате этого снизилась плотность.
  • Нужно повысить плотность электролита для использования в холодном климате.

Я менял электролит в АКБ только один раз из-за непредвиденной ситуации. Заряжал его как-то даче рядом с домом под открытым небом. Зарядил, отключил, но пробки закрывать не стал, чтобы газы вышли он отстоялся немного. Занялся другими делами и забыл про него. Пошёл ливень и все залило с верхом. Пришлось выбирать оттуда старый и заливать новый покупной электролит с нормальной плотностью. Если же просто упала плотность в результате эксплуатации, это не повод увеличивать его концентрацию.



Вернуться к содержанию
 

Как повысить плотность электролита в Pb аккумуляторе?

Итак, вы всё же решили поднять плотность раствора в аккумуляторной батарее. Как это сделать? Вам потребуется электролит (продаётся в автомобильных магазинах с плотностью 1,27─1,29 гр/см3), ёмкость для откачиваемого электролита, резиновая «груша», длинная гибкая трубка из материала стойкого к серной кислоте, пластиковая воронка (удобно заливать электролит обратно в банки), зарядное устройство.


Внимание! Электролит является едким веществом! При попадании на кожу и слизистые вызывает сильный химический ожог! Поэтому при работе обязательно используйте очки для защиты глаз, а также резиновые перчатки для защиты рук. Если будете разводить концентрированную кислоту, помните, что нужно наливать кислоту в воду, а не наоборот. При падании электролита на кожу или слизистые нужно обратиться в больницу.

Процесс выглядит примерно так.

  • Зарядили аккумулятор по максимуму.
  • Выбрали старый электролит. Именно так, выбрали, откачали и т. п. С помощью гибкой трубки из материала, стойкого к кислоте и обычной резиновой «груши». Не допускается переворачивать АКБ для слива. В этом случае осыпавшиеся частицы со дна могут замкнуть пластины. Или электроды деформируются, порвут сепаратор и будет замыкание. В случае замыкания банки аккумулятор можно смело идти сдавать в приёмку.
  • Затем заливаете покупной или самостоятельно приготовленный электролит с плотностью 1,27─1,29 гр/см3.
  • Даёте отстояться немного. При необходимости заряжаете.



Это если нужна полная замена электролита, когда он испорчен. Если же нужно увеличить концентрацию, то можно частично отобрать электролит из банок. Я для этого использую колбу от старого ареометра. Поплавок давно разбился, а колбу я оставил и использую вместо «груши».



Затем в банки заливаете такое же по объёму количество раствора более высокой концентрации. Можно использовать аккумуляторную кислоту (92─94%) плотностью 1,835 гр/см3. После этого можно поставить АКБ на зарядку для выравнивания концентрации. Не нужно трясти и бултыхать батарею для перемешивания. Иначе могут быть те же последствия, что и при переворачивании.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к материалу, а также ваше мнение о повышении плотности электролита в свинцово-кислотном аккумуляторе, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию

Какая должна быть плотность у 60 АКБ?

Процент заряда Плотность электролита г / см³ (**) Напряжение аккумулятор В (***)
60 % 1,21 12,3
40% 1,175 12,1
20% 1,14 11,9
0% 1,10 11,7

Какова плотность электролита в заряженном аккумуляторе?

Плотность полностью заряженного аккумулятора 1.27-1,28 г / см3, напряжение 12,5 В. О степени разряда аккумулятора судят по плотности электролита. Чем ниже плотность электролита, тем сильнее разряжается аккумулятор.

Какая должна быть плотность батареи летом?

Лето Летом аккумулятор теряет много жидкости. Рекомендуется поддерживать плотность на 0,02 г / см3 ниже значения, требуемого стандартами.

Что делать, если плотность электролита низкая?

Если плотность в АКБ уменьшена до 1.18, то доливать нужно не электролит, а кислотный аккумулятор. Плотность этой кислоты намного выше. В случаях, когда сразу повысить плотность не удалось, процесс повторяется до получения желаемого значения.

Нужно ли менять плотность батареи?

Сейчас все аккумуляторные батареи, в особенности для наших широт, залиты электролитом плотностью 1,27–1,28 г / см3. И менять это не нужно, это вообще запрещено! Коррекцию электролита своими силами тоже проводить нельзя ни в коем случае.

Как увеличить плотность в аккумуляторе в домашних условиях?

Например, рекомендуется залить в аккумулятор раствор воды и соды и оставить на 4 часа. После этого также рекомендуется на час залить в аккумулятор раствор натрия хлорида. Очистив емкости аккумулятора от старого электролита, нужно залить в нее новый.

Как узнать, полностью ли заряжен аккумулятор?

Основной принцип: установить вольтметр на клеммы АКБ с зарядкой.Если в течение часа напряжение не увеличивается при неизменном токе заряда, значит, аккумулятор заряжен на 100%.

Как можно проверить плотность батареи?

Проверка плотности выполняется ареометром. Для этого в заливное отверстие вставляется трубка и откачивается часть жидкости. Электролит нужно проверять в каждой банке. Рекомендуем проводить испытания при температуре 20-30 ° С. Тогда стандартные значения будут 1,27 — 1,29.

Какая плотность разряженного аккумулятора?

Полностью разряженный аккумулятор имеет плотность электролита 1.10 ± 0,01 г / см3. Если значение плотности во всех ячейках аккумулятора одинаковое (± 0,01 г / см3), это свидетельствует о состоянии заряда аккумулятора и отсутствии внутренних коротких замыканий.

Как увеличить плотность электролита в аккумуляторе?

Как увеличить плотность

Осмотрите аккумулятор: на нем не должно быть дефектов и повреждений, особое внимание уделите токоведущим проводам. Если уровень в норме (от 1,18) долить электролит нормальной плотности до 1,25.Долейте каждую банку с помощью клизмы с грушей.

Как правильно измерить плотность батареи в домашних условиях?

Измерение ареометром проводится при температуре электролита +20 … + 30 ° С. Если температура другая, то необходимо внести поправки в показания ареометра. Пользоваться ареометром настолько просто, что вы даже можете проверить плотность электролита в домашних условиях.

Как меняется плотность электролита при разряженной батарее?

По мере разряда аккумулятора плотность электролита уменьшается с 1,28 г / см3 до 1,09 г / см3, что приводит к снижению его электропроводности почти в 2,5 раза.В результате омическое сопротивление аккумулятора увеличивается с разрядом.

Что такое плотность батареи?

В свинцово-кислотных аккумуляторах плотность измеряется в г / см3. Она пропорциональна концентрации раствора и обратно пропорциональна температуре жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность). Плотность электролита можно использовать для определения состояния аккумулятора.

Как уменьшить плотность в аккуме?

Вода дистиллированная.Его добавляют в электролит для уменьшения его плотности. 1. Из-за того, что кислота и вода имеют разную плотность, при разбавлении электролита или кислоты водой следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот.

Почему батарея постоянно выкипает?

Аккумулятор «кипячение» — это процесс электролиза: разложение воды на кислород и водород. Если аккумулятор кипит, это означает, что происходит перезаряд: напряжение или ток заряда слишком высоки для аккумулятора.Стабилизируйте его с помощью реле регулятора напряжения. …

Аккумулятор iPhone и его производительность — Служба поддержки Apple (AU)

При низком уровне заряда аккумулятора, более высоком химическом возрасте или более низких температурах пользователи с большей вероятностью столкнутся с неожиданными отключениями. В крайних случаях отключения могут происходить чаще, что делает устройство ненадежным или непригодным для использования. Для iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPhone SE (1-го поколения), iPhone 7 и iPhone 7 Plus iOS динамически управляет пиками производительности, чтобы предотвратить неожиданное выключение устройства, чтобы iPhone можно было использовать. .Эта функция управления производительностью специфична для iPhone и не применяется к другим продуктам Apple. Начиная с iOS 12.1, iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X включают эту функцию; iPhone XS, iPhone XS Max и iPhone XR включают эту функцию, начиная с iOS 13.1. Влияние управления производительностью на эти новые модели может быть менее заметным из-за их более совершенного аппаратного и программного обеспечения.

Это управление производительностью работает на основе комбинации температуры устройства, состояния заряда аккумулятора и сопротивления аккумулятора.Только если этого требуют эти переменные, iOS будет динамически управлять максимальной производительностью некоторых компонентов системы, таких как ЦП и ГП, чтобы предотвратить неожиданные отключения. В результате рабочие нагрузки устройства будут самобалансироваться, что позволит более плавно распределять системные задачи, а не производить более крупные и быстрые всплески производительности сразу. В некоторых случаях пользователь может не заметить каких-либо различий в повседневной производительности устройства. Уровень воспринимаемых изменений зависит от того, насколько управление производительностью требуется для конкретного устройства.

В случаях, когда требуются более экстремальные формы этого управления производительностью, пользователь может заметить такие эффекты, как:

  • Более длительное время запуска приложения
  • Пониженная частота кадров при прокрутке
  • Затемнение подсветки (может быть отключено в Центре управления)
  • Уменьшить громкость динамика до -3 дБ
  • Постепенное снижение частоты кадров в некоторых приложениях
  • В самых крайних случаях вспышка камеры будет отключена, как видно в пользовательском интерфейсе камеры
  • Приложения, обновляющиеся в фоновом режиме, могут потребовать перезагрузки при запуске

Эта функция управления производительностью не влияет на многие ключевые области.Некоторые из них включают:

  • Качество сотовой связи и пропускная способность сети
  • Качество снятых фото и видео
  • Характеристики GPS
  • Точность местоположения
  • Датчики, такие как гироскоп, акселерометр, барометр
  • Apple Pay

Из-за низкого уровня заряда аккумулятора и более низких температур изменения в управлении производительностью являются временными. Если аккумулятор устройства химически состарился достаточно долго, изменения в управлении производительностью могут быть более длительными.Это связано с тем, что все аккумуляторные батареи являются расходными материалами и имеют ограниченный срок службы, и в конечном итоге их необходимо заменить. Если это влияет на вас и вы хотите повысить производительность своего устройства, может помочь замена аккумулятора устройства.

Сверхбыстрая зарядка алюминиево-ионных аккумуляторов превосходит литий-ионные

Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) объявила о впечатляющих результатах испытаний производительности нового типа алюминиево-ионных аккумуляторов, которые могут заряжаться в 10 раз быстрее, чем современные литий-ионные аккумуляторы, при этом длится намного дольше и не требует охлаждения.

В экспериментах, проведенных Австралийским институтом биоинженерии и нанотехнологий при Университете Квинсленда, прототипы новой батареи с плоскими ячейками показали следующие ключевые показатели производительности.

Во-первых, удельная мощность около 7000 Вт / кг. Плотность мощности определяет, насколько быстро элемент может заряжаться и разряжаться. С нынешними литий-ионными батареями мощностью 250-700 Вт / кг, это огромный скачок, и он ставит алюминиево-ионные батареи почти на уровень ультраконденсаторов, которые могут выдавать около 12000-14000 Вт / кг.

Во-вторых, плотность энергии 150–160 Вт · ч / кг, поэтому он несет только около 60 процентов энергии на единицу веса лучших современных литий-ионных аккумуляторов.

Плотность энергии долгое время была ключевым номером спецификации для аккумуляторов электромобилей; чем выше плотность энергии, тем больший радиус действия вы можете получить от аккумуляторной батареи. Таким образом, одна только плотность энергии, эта новая батарея GMG не получит второго взгляда от производителя электромобилей.

Но его чудовищная скорость заряда может изменить это, наряду с парой других ключевых преимуществ.По словам GMG, эти устройства могут заряжаться так быстро, что мобильный телефон, работающий на этой алюминиево-ионной технологии, может полностью зарядиться за 1-5 минут. Перенесите эту концепцию в мир электромобилей, и вы увидите электромобиль, который проезжает на 60 процентов дальше, чем эквивалентная Tesla на зарядке, но заряжается так чертовски быстро, что запас хода может стать гораздо меньшей проблемой.

Более того, они значительно превосходят литиевые батареи при испытаниях жизненного цикла, проходя 2000 полных циклов зарядки и разрядки без видимого ухудшения рабочих характеристик, они чрезвычайно безопасны, с низким потенциалом возгорания и более пригодны для вторичной переработки, чем литиевые батареи. тоже по окончании срока их полезного использования.И да, литий им не нужен. Поскольку около 90 процентов мирового производства и закупок лития проходит через Китай, мировые цепочки поставок определенно уязвимы в торговых спорах.

Еще один козыр в рукаве аккумулятора GMG — выдающиеся тепловые характеристики. Даже когда они заряжаются и разряжаются с огромной скоростью, кажется, что они не перегреваются. «Пока нет проблем с температурой», — сказал управляющий директор GMG Крейг Николь в интервью Forbes. «Двадцать процентов литий-ионной аккумуляторной батареи (в автомобиле) связано с их охлаждением.Очень высока вероятность, что нам вообще не понадобится ни охлаждение, ни обогрев. Он не перегревается и пока при тестировании неплохо работает при минусовых температурах. Им не нужны контуры для охлаждения или нагрева, которые в настоящее время составляют около 80 кг в батарее 100 кВтч ».

Этот факт меняет уравнение диапазона: если взять батарею 100 кВтч, описанную выше, батарея GMG того же веса будет несут только 60 кВтч. Но если дополнительные 80 кг охлаждающего оборудования не нужны, автомобиль с двигателем GMG может работать с дополнительными 80 кг элементов, что в сумме даст вам 72.8 кВтч, согласно обратной стороне нашего конверта, — наряду с значительно более высокой скоростью зарядки, которая может в значительной степени положить конец опасениям относительно дальности.

Это кажется довольно убедительным компромиссом, особенно в отношении аккумулятора, который вполне может прослужить несколько автомобилей, прежде чем он будет выведен из эксплуатации.

GMG протестировала свою технологию на прототипах плоских аккумуляторов, которые будут разосланы клиентам для дальнейшего тестирования в конце этого года.

GMG

Но — а с этими вещами всегда есть «но» — есть и другие соображения.

Один — это зарядная инфраструктура. Мобильные телефоны могут быстро заряжаться, не перегревая электросеть, но электромобили сейчас просто не могут. Нагнетатели Tesla уже перекачивают электроны со скоростью до 250 кВт, что соответствует передаче энергии 60 кВтч примерно за 15 минут. Если вы хотите заряжаться всего в 10 раз быстрее, вам нужно иметь возможность мгновенно подавать 2,5 мегаватта через зарядный кабель.

Для справки, типичная угольная электростанция имеет общую мощность около 600 мегаватт, поэтому, если бы 240 из этих сверхбыстрых заряжаемых автомобилей подключились одновременно, они мгновенно нагрузили бы эквивалент электросети. на всю электростанцию.Это заряжается в 10 раз быстрее, чем современные аккумуляторы; GMG заявляет, что он может заряжаться в 60 раз быстрее, чем некоторые элементы.

Таким образом, сверхбыструю зарядку электромобилей определенно будет сложно масштабировать, особенно в связи с тем, что мир движется в сторону возобновляемых источников энергии, а не таких вещей, как уголь и газ, которые могут быстро воспламениться, чтобы удовлетворить всплеск спроса. И даже если бы у зарядных станций был собственный накопитель энергии с быстрой разрядкой на месте, подзарядка от сети с более медленными темпами, вам также понадобился бы чертов кабель от коробки к машине, чтобы так быстро переместить такое количество электронов.

Другой ключевой ингредиент в батарее GMG — пористый графен, внутри и вокруг которого распространяются молекулы алюминия в процессе производства GMG. GMG заявляет, что может производить высококачественный графен по низкой цене и в масштабируемых количествах, но не дает никаких цифр о том, сколько могут стоить эти батареи при массовом производстве. Учитывая, что цена на графен составляет около 100 долларов за грамм, даже «недорогая» версия может оказаться чертовски дорогой.

И последний — это временная шкала.Как вы наверняка с болью знаете, между испытательным стендом и конечным продуктом обычно есть небольшой разрыв; даже больше, когда дело касается автомобильных компаний. GMG заявляет, что к концу этого года будет изготавливать прототипы монетных ячеек для очень небольших испытаний заказчиков, с ячейками для мешочков в разработке, но нет никаких указаний на то, когда эти штуки могут появиться на рынке в больших масштабах.

Слева направо: г-н Крейг Никол (GMG), г-н Тимоти Шейве (GMG), д-р Ашок Нанджундан (GMG) и д-р Сяодан Хуанг (AIBN) стоят вокруг, показывая друг другу ячейки с монетами, как будто их попросил фотограф

Университет Квинсленда

Компания не разрабатывала технологию аккумуляторов; Первоначально он был разработан в Университете Квинсленда, а результаты испытаний были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Тем не менее, в игре с батареями нет никаких гарантий, и остается только догадываться, сможет ли GMG производить эту вещь в больших масштабах по конкурентоспособной цене. Но сама технология определенно кажется многообещающей.

Источники: GMG, Университет Квинсленда через Forbes

Модульные батареи серии Lyra от Xos могут обеспечить коммерческим электромобилям дальность действия до 500 миль

Производитель коммерческих электромобилей Xos, Inc только что анонсировал вторую серию патентованных аккумуляторных систем.Серия Lyra будет интегрирована в коммерческие автомобили на шасси X-Platform собственной разработки Xos и дебютирует в двух размерах, которые можно комбинировать и подбирать для удовлетворения потребностей клиентов коммерческого парка.

Xos, Inc. (произносится как ex-ose ) — производитель на базе SoCal, специализирующийся на электрифицированных коммерческих транспортных средствах класса 5–8. В феврале этого года Xos объявила о объединении бизнеса с NextGen Acquisition Corporation ($ NGAC) и в августе начала публичную торговлю на Nasdaq по цене $ XOS.

В то время как Xos, Inc. продолжает разрабатывать коммерческие автомобили на своей собственной электрической платформе, компания также расширила свое присутствие на другие подразделения по производству электромобилей.

Это включает «Powered by Xos», которое производит внедорожные электромобили, такие как вилочные погрузчики, а также его последнее подразделение, Xos Energy Solutions, которое представило решения для мобильной зарядки, такие как Xos Hub.

Xos рано добился успеха, разработав и изготовив как можно больше собственных технологий, включая коммерческие аккумуляторные системы для электромобилей.Первая серия аккумуляторных систем для электромобилей находится в коммерческой эксплуатации с 2018 года и зарекомендовала себя успешно.

При этом Xos внесла несколько улучшений в эффективность и энергоемкость своей второй серии аккумуляторов.

Новая аккумуляторная система Lyra Series / Источник: Xos Inc.

Xos представляет коммерческие аккумуляторные батареи Lyra Series 2 для электромобилей

Xos сегодня официально представила новые аккумуляторные системы Lyra, которые будут состоять из двух разных размеров — Lyra 30 (29.4 кВтч) и Lyra 60 (61,8 кВтч). Каждая отдельная система Lyra оснащена системой охлаждения рециркуляционным воздухом и независимой системой управления батареями, что обеспечивает возможность наращивания модулей и повышенную надежность.

Аккумулятор Lyra 30 обещает запас хода 25 миль, а 60 — вдвое больше. Сами батареи Lyra помещаются в модульное шасси X-Platform X-Platform, которое может вместить до 10 аккумуляторных систем.

Таким образом, клиенты Xos могут получить радиус действия 250 миль от любого коммерческого электромобиля на платформе X, оснащенного батареями Lyra 30, и до 500 миль с Lyra 60s.

Что лучше, так это то, что батареи Lyra имеют одинаковый размер и взаимозаменяемы, что дает клиентам автопарков свободу смешивать и сочетать системы для достижения желаемого диапазона электромобилей, больших или малых. Соучредитель и главный операционный директор Xos Джордано Сордони рассказал о новых системах Lyra:

Эта новая серия аккумуляторных систем основана на проверенной надежности и долговечности наших предыдущих аккумуляторных систем, которые использовались в коммерческих целях с 2018 года, при этом обеспечивая большую эффективность и модульность, чтобы удовлетворить широкий спектр требований клиентов.Мы уже давно сосредоточены на производстве специализированных аккумуляторов, способных выдержать суровые условия коммерческого использования. Эта аккумуляторная система следующего поколения представляет собой важную веху на нашем пути к постоянному совершенствованию наших аккумуляторных технологий.

Согласно Xos, его серия Lyra отличается улучшением на системном уровне на 52% гравиметрической плотности энергии и 45% улучшением объемной плотности энергии. В результате получается более компактный и в целом более легкий блок, который обеспечивает такую ​​же или более полезную полезную нагрузку.

Кроме того, благодаря модульной конструкции X-Platform, нынешние клиенты Xos, использующие батареи первой серии, также смогут заменить их на новое второе поколение аккумуляторных систем.

Батареи серии Lyra будут устанавливаться во все новые коммерческие электромобили Xos, начиная с этого квартала. Посмотрите видео от Xos, объясняющее систему батарей Lyra ниже:

FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки для получения дохода. Подробнее.


Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получить эксклюзивные видео и подписаться на подкаст.

Вольт, Ампер, Ампер-час, Ватт и Ватт-час: терминология и руководство

Мы понимаем, что вся эта терминология может иногда сбивать с толку, но если вы знаете, как она работает, все становится довольно просто. Ниже мы постараемся объяснить, что все это значит.
Вольт или напряжение (В):

Количество вольт — это количество энергии, отдаваемое электронной схеме . Под схемой мы подразумеваем, например, электронное устройство. У устройства на 12 В от аккумулятора всегда «дается» 12 вольт. Аккумулятор всегда имеет фиксированное напряжение (например, 12, 36 или 24 В), а устройство всегда работает при определенном напряжении. Например, устройству, которое работает от 12 вольт, очевидно, нужна батарея, которая также питает 12 В.

Ток — Ампер (A):

Когда мы говорим об амперах (или амперах), мы говорим о , сколько электричества «течет» в секунду. Если количество ампер увеличивается, то ток, протекающий через устройство в секунду, также увеличивается. Электрическое устройство обычно работает при фиксированном напряжении, но количество потребляемых им ампер может варьироваться в зависимости, например, от положения вашего троллингового двигателя (например, троллинговый двигатель на полном газу потребляет больше ампер, чем при половинном открытии дроссельной заслонки).

Пример 1: Предположим, у меня есть Minn Kota Endura C2 50 LBS, на котором я работаю на настройке передачи / скорости 2. Двигатель малого хода работает от 12 В и в настоящее время потребляет 15 А.Я решаю ехать немного быстрее и переключаюсь на настройку передачи / скорости 4. Двигатель по-прежнему работает от 12 В, но теперь потребляет 25 А. Напряжение осталось прежним, но количество ампер увеличилось.

Мощность — Вт (Вт):

Мощность — это напряжение, умноженное на количество ампер, или W = V x A. Это количество энергии, потребляемое устройством, и, следовательно, показатель его мощности. Он увеличивается, когда увеличивается количество ампер.

Пример 2: Предположим, у меня есть носовой двигатель Minn Kota Terrova на 24 В на 80 фунтов, который потребляет 30 ампер.Таким образом, потребляемая мощность составляет 24 x 30 = 720 Вт.

Пример 3: Предположим, у меня есть еще один Minn Kota Endura C2 50 фунтов, на котором я работаю в режиме передачи / скорости 2. Двигатель работает от 12 В и потребляет 15 А и, таким образом, потребляет мощность 180 Вт (12 x 15). . Когда я переключаюсь на настройку передачи / скорости 4, двигатель потребляет 25 А и все еще работает от 12 В. Потребляемая мощность троллингового двигателя теперь составляет 300 Вт.

Емкость — Ампер-часы (Ач):

Емкость аккумулятора измеряется в Ач или Ампер-часах.Как следует из названия, это означает, сколько ампер батарея может дать за час. Например, литиевая батарея на 12 В и емкостью 100 Ач может подавать 100 Ач на 12-вольтное устройство в течение одного часа. Та же батарея на 100 Ач могла обеспечивать питание устройства на 25 ампер в течение 4 часов (100/25 = 4). Если аккумулятор имеет напряжение 12 В 50, это означает, что аккумулятор работает от 12 Вольт и имеет емкость 50 Ач. Батарея 24V100 работает от напряжения 24 В с емкостью 100 Ач и т. Д. На практике для свинцово-кислотных аккумуляторов номинальная емкость (сколько ампер-часов может выдать батарея в соответствии со спецификациями) сильно отличается от эффективной емкости (как много ампер батарея действительно может доставить во время использования).Мы объясним, как это работает, в нашей статье о разряде и емкости аккумулятора.

Пример 4: Я управляю своим Minn Kota Endura C2 50 фунтов при настройке передачи / скорости 2, потребляя 15 А при 12 В. У меня аккумулятор на 12 вольт на 70 ач. Мое общее время работы теперь составляет 70/15 = 4,7 часа. Когда я переключаюсь на настройку передачи / скорости 4, двигатель потребляет 25А. Моя общая продолжительность работы теперь составляет 70/25 = 2,8 часа.

Емкость — Ватт-час (Втч):

Еще один способ измерить емкость аккумулятора — в ватт-часах (Втч).Wh рассчитывается путем умножения количества ампер на напряжение батареи. Например, 12В100 (батарея на 12 В и емкостью 100 Ач) имеет емкость 12 х 100 = 1200 Втч. Батарея 24V50Ah имеет емкость 24 x 50 = 1200 Втч. Таким образом, эти батареи имеют одинаковую емкость, только одна работает от 12 вольт, а другая от 24 вольт. На практике вы заметите, что эти батареи будут примерно одинакового размера и веса.

Пример 5: У меня троллинговый двигатель мощностью 600 Вт и аккумулятор емкостью 1200 Вт · ч.Мое время работы на полном газу с этой батареей составляет 2 часа (1200/600 = 2). Мне даже не нужно знать, как это можно вычислить по напряжению двигателя или аккумулятора (при условии, что они работают при одном и том же напряжении, очевидно).

Внимательный читатель отмечает, что время работы аккумулятора с устройством можно рассчитать двумя способами. Либо разделив количество ампер батареи на потребляемую мощность A двигателя малого хода, либо разделив количество Втч батареи Втч на количество Вт двигателя малого хода.

Подключение аккумуляторов: последовательно и параллельно

Батареи можно соединять вместе для получения более высокого напряжения или большей емкости. Это делается путем соединения клемм аккумуляторных батарей с помощью кабелей.

Последовательное подключение: повышенное напряжение, равное количество ампер-часов

Когда мы говорим, что мы подключаем батареи последовательно, мы подключаем плюсовую клемму одной батареи к минусовой клемме другой батареи. Это означает, что у вас все еще есть минусовая клемма на одной батарее и плюсовая клемма на другой батарее.К этим двум имеющимся клеммам аккумуляторной батареи следует подключать электрическое устройство. Если мы подключим батареи последовательно, напряжение возрастет, а емкость, измеренная в Ач, останется прежней.

На картинке выше мы видим две батареи 12В50Ач. Как видите, две батареи соединены последовательно: минусовая и плюсовая клеммы соединены вместе. Вы создали батарею 24V50: 24V (из-за последовательного соединения) с емкостью 50Ah (количество ампер осталось прежним).Если мы измеряем мощность в ватт-часах, общая мощность теперь составляет 24 x 50 = 1200 Втч.

Параллельное подключение: равное напряжение, большее количество ампер

При параллельном подключении аккумуляторов мы подключаем минусовую клемму одной аккумуляторной батареи к минусовой клемме другой аккумуляторной батареи, а положительную клемму одной аккумуляторной батареи — к минусовой клемме другой аккумуляторной батареи. Подключаем минусовой провод электроприбора к одной из минусовых клемм, а плюсовой провод к плюсовой клемме другого аккумулятора (см. Рисунок ниже).Теперь подается такое же напряжение, но количество ампер увеличилось.

На рисунке выше минусовые клеммы обеих батарей подключены, а плюсовые клеммы подключены. Значит аккумулятор подключается параллельно. Есть еще 12 Вольт, но количество ампер увеличилось с 50 до 100. Мы создали аккумулятор на 12 В 100 Ач. Если мы измеряем мощность в ватт-часах, общая мощность теперь составляет 12 x 100 = 1200 Втч.

Таким образом, количество ватт-часов всегда остается неизменным, независимо от того, подключаете ли вы их последовательно или параллельно.

Внимание: всегда проверяйте, подходят ли батареи для соединения друг с другом. Подключайте только идентичные батареи (одного типа / модели, возраста и уровня заряда) и используйте кабели правильной толщины и длины. Мы рекомендуем вам не подключать батареи Rebelcell на 12 В последовательно, а выбрать батарею Rebelcell на 24 В. Батареи Rebelcell на 24 В можно без проблем подключать последовательно до 48 В.

Другая терминология, относящаяся к батареям

Технические характеристики аккумуляторов часто включают много других терминов.Ниже мы постараемся объяснить, что означают самые важные из них.

Напряжение: это среднее напряжение, которое подает аккумулятор. Как объяснено выше, батарея запускается с более высоким напряжением, чем когда она частично разряжена. Под этим мы подразумеваем среднее значение этой прогрессии или номинальное напряжение.

Химия: указывает, какая технология литиевых батарей используется.

C1, C5, C20: указывает емкость аккумулятора при разряде в течение определенного количества часов.C20 = 100Ah означает, что аккумулятор может работать до 100 ампер-часов, если он разряжен за 20 часов (при 5A). Свинцовые батареи имеют меньшую емкость, если они разряжаются быстрее. Например, свинцово-кислотная батарея может дать 100 Ач, если она разряжается за 20 часов (C20 = 100), но если та же самая батарея разряжается за 5 часов, она будет давать только 70 Ач (C5 = 70). С аккумуляторами Rebelcell не имеет значения, разрядите ли вы их за 20 часов, 5 часов или 1 час, они всегда имеют одинаковую емкость. Вот почему мы всегда называем нашу емкость Емкостью (C1-C20).Подробнее об этом читайте в нашей статье про эффективную емкость аккумулятора.

EqPb: означает «эквивалентная свинцовая батарея». Под этим мы подразумеваем, что эту батарею можно сравнить со свинцовой батареей указанной емкости при использовании в сочетании с электродвигателем. Часто литиевая батарея с гораздо меньшей Ач на практике может дать такой же объем, как и свинцово-кислотная батарея с гораздо большей Ач. На практике, например, Rebelcell 12V50 можно сравнить с полутяговым аккумулятором 105 Ач по времени работы электродвигателя.Это также связано с полезной емкостью аккумулятора.

Номинальная энергия: это емкость аккумулятора, измеряемая в ватт-часах (объяснение см. Выше).

Максимальная непрерывная разрядка: это максимальное количество ампер, которое может непрерывно выдавать аккумулятор. Предположим, аккумулятор имеет максимальный непрерывный разряд 30А, тогда вы не можете подключить устройство, которое потребляет более 30А. Чем больше емкость аккумулятора, тем выше максимальная длительная разрядка.

Пиковая разрядка (10 миллисекунд): это максимальное количество ампер, которое батарея может выдать за 10 миллисекунд. Это всегда выше, чем максимальный непрерывный разряд. Некоторое оборудование имеет короткий пиковый разряд при запуске (так называемые «пусковые токи»). Это, например, случай, когда вы переходите от нуля до полного открытия дроссельной заслонки за один раз с электрическим подвесным двигателем. В этот момент двигателю на короткое время требуется больше ампер, чем номинальный максимум.

Срок службы (#charges) (@ 80% DoD): указывает, как часто вы можете разряжать и заряжать аккумулятор до определенного процента.Например, если написано «Срок службы (#charges) (@ 80% DoD): 1500», это означает, что аккумулятор может быть разряжен до 80% 1500 раз (то есть при 20% оставшейся емкости). Например, если написано «Срок службы (#charges) (@ 100% DoD): 1000», то аккумулятор может быть полностью разряжен 1000 раз.

Плотность энергии: с помощью этого мы измеряем количество ватт-часов на килограмм батареи. Плотность энергии у литиевых батарей намного выше, чем у свинцово-кислотных. Высокая плотность энергии означает, что вы можете хранить больше энергии в том же пространстве.В результате получается более легкий и компактный аккумулятор.

Напряжение полосы пропускания: см. Пояснение к разряду и емкости аккумуляторов. Это дает минимальное напряжение (при 0%) и максимальное напряжение (при 100%) батареи.

Температура зарядки: это минимальная и максимальная температура, при которой аккумулятор может заряжаться.

Температура разряда: указывает минимальную и максимальную температуру, при которой батарея может быть разряжена.

Температура хранения: Указывает минимальную и максимальную температуру, при которой аккумулятор можно безопасно хранить.

Максимальный ток заряда: Это максимальный ток в А, при котором аккумулятор может заряжаться. Чем выше это число, тем быстрее можно зарядить аккумулятор (с помощью подходящего зарядного устройства).

Интегрированная балансировка элементов: часть системы управления батареями. Функция балансировки ячеек обеспечивает выравнивание напряжения отдельных элементов литиевой батареи, поэтому все элементы имеют одинаковое состояние заряда / напряжение.Это необходимо для оптимального использования и производительности аккумулятора.

Температурная защита: часть системы управления батареями. Батарея отключается, когда температура становится слишком высокой или слишком низкой. Это защита от повреждений.

Защита от максимального тока разряда: часть системы управления батареями. Батарея отключается, когда потребляемая мощность вашего оборудования превышает допустимую. Это защита от повреждений.

Защита от перенапряжения: часть системы управления батареями. Батарея отключается, когда напряжение становится слишком высоким и батарея слишком заряжена. Это защита от повреждений.

Литий-железо-фосфат на твердотельной литий-металлической платформе QuantumScape

LFP: проблемы и возможности

Как и многие изобретения, которые сделали возможной литий-ионную батарею, катодный материал LFP был обнаружен в лаборатории лауреата Нобелевской премии профессора Джона Гудинаф.[1] В отличие от других распространенных оксидных катодных материалов, LFP представляет собой полианионное соединение; то есть он состоит более чем из одного отрицательно заряженного элемента (кислорода и фосфора). Его атомы расположены в кристаллической структуре, называемой оливином, которая образует трехмерную сеть для интеркаляции ионов лития; это отличается от 2D-плит, которые образуют слоистые оксиды, такие как NMC и NCA.

Основной проблемой при работе с материалом катода LFP был плохой транспорт электронов и ионов лития через полианионную структуру оливина.Этот плохой транспорт способствовал высокому сопротивлению элементов и ограниченным характеристикам мощности. Однако уменьшение размера частиц LFP до нанометров и добавление углеродных покрытий вокруг частиц позволило значительно улучшить энергетические характеристики LFP до такой степени, что теперь он часто используется в элементах питания [2].

LFP имеет несколько преимуществ по сравнению с другими популярными катодными химическими составами:

LFP широко известен своей низкой стоимостью: по некоторым оценкам, он на 70% ниже на килограмм, чем NMC с высоким содержанием никеля.Экономическое преимущество связано с его химическим составом — железом и фосфором, двумя распространенными на Земле элементами, которые в огромных масштабах добываются по всему миру и широко используются во многих отраслях промышленности. Напротив, катоды из NMC содержат никель и кобальт, которых меньше, а в случае кобальта их добывают в спорных условиях. И хотя богатый никелем NMC заменяет большую часть кобальта никелем, никель по-прежнему на порядки меньше железа (0,0084% против 5,63% земной коры [3]), а его мировые объемы производства в сотни раз меньше, чем железа. .

LFP очень термически стабилен, а это означает, что для разложения и горения требуется более высокая температура. [4] В случае теплового разгона LFP выделяет одну шестую тепла NMC, богатого никелем. Это означает, что системы охлаждения и безопасности в аккумуляторном блоке могут быть упрощены без ущерба для безопасности, что обеспечивает дополнительную экономию средств и снижает риск отзыва дорогостоящих аккумуляторов в случае производственных дефектов.

Благодаря этой повышенной безопасности аккумуляторные блоки могут быть сконструированы с более плотно упакованными ячейками (например,g., архитектура «ячейка-упаковка»), увеличивая эффективную плотность энергии. В коммерческих аккумуляторных батареях для электромобилей, основанных на NMC и NCA, элементы составляют 40% или менее от общего объема упаковки, тогда как наиболее продвинутые элементы LFP могут достигать 60% использования объема упаковки.

LFP часто обеспечивает более длительный срок службы по сравнению с NMC. [5] Одна из причин этого — более низкое рабочее напряжение; учитывая высоковольтную нестабильность обычных жидких электролитов, ячейки LFP менее подвержены побочным реакциям, которые уменьшают емкость и увеличивают сопротивление ячейки.Другая причина заключается в том, что катоды LFP более структурно и химически стабильны, чем катоды NMC, поэтому они могут выдерживать большее количество циклов, не разрушаясь и не теряя своей способности накапливать ионы лития. Батареи LFP вполне могут привести автомобиль в действие на расстояние более миллиона миль.

Все эти характеристики делают LFP одним из наиболее экономичных решений, доступных для аккумуляторов электромобилей, и его доля на рынке значительно выросла за последние несколько лет.

Двухионный аккумулятор высокой плотности для стационарного хранения электроэнергии с использованием концентрированных Фторсульфонилимид калия

Графит в качестве катода для двухионных аккумуляторов

Графит обычно используется в качестве анодного материала в коммерческих литий-ионных аккумуляторах, где он поглощает литий-ионные аккумуляторы (до емкости 372 мАч г -1 ).Однако в контексте DIB этот материал служит катодом, позволяющим интеркалировать AlCl 4 , BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 34 , бис (трифторметансульфонимид) (TFSI ) 11,35 , фторсульфонил (трифторметансульфонил) имид (FTFSI ) имесульфонил-, бис- 452-бисульфонил--бис-фторэтан-9045ET) 37 и бис (фторсульфонил) имид (FSI ) 38 анионы из ионных жидкостей и органических электролитов.Основными факторами, обеспечивающими эффективное поглощение анионов графитом, являются высокая степень графитизации 39 , увеличенная площадь «небазальной плоскости» и небольшие анионные интеркалянты 38 . Такие графитовые катоды обеспечивали катодную емкость до 60–100 мАч g –1 при среднем напряжении разряда 1,4–1,7 В по сравнению со стандартным водородным электродом (SHE), т. +}} + {\ mathrm {Материал}} \ leftrightarrow {\ mathrm {Материал (Cat)} } _x \, ​​\\ \ left ({{\ mathrm {интеркаляция / легирование}}} \ right) $$

(3)

, где A — анион (FSI , TFSI , PF 6 и т. Д.), Cat + обычно представляет собой катион щелочного металла (Na + , K + и т. Д.). «Материал» представляет собой активный материал, способный поглощать атомы металла, например, за счет ионной интеркаляции (графит и другие углеродистые материалы) 9,10,40,41 или легирования (например, Sn и Pb) 16 . Процесс зарядки заканчивается, когда в электролите не остается катионов или анионов, или когда графитовый катод или анод из активного материала достигает своей максимальной емкости для накопления заряда. Следовательно, при расчете теоретической плотности энергии на уровне элемента необходимо учитывать согласованное по емкости количество электролита. {- 1}} \ right), $$

(5)

где F = 26.8 × 10 3 мАч моль -1 (постоянная Фарадея), x — заряд электроактивных частиц, [электролит] — молярная концентрация электролита в M (моль л -1 ), C c — удельная гравиметрическая емкость графитового катода в мАч г −1 , ρ — плотность электролита в г мл −1 , и ρ C — объемная плотность графит в г мл −1 . Чтобы оценить плотность энергии, значение C cell необходимо умножить на среднее напряжение батареи, E = C cell V .

Используя уравнение. (4) и аналогичное выражение гравиметрической емкости на клеточном уровне, описанное Dahn et al. 42 . для других вариантов GDIB без лития с реакцией интеркаляции / легирования на анодной стороне, а также по заявленным емкостям электродов, напряжениям батарей и молярностям электролитов, можно показать, что плотности энергии на уровне ячеек зарегистрированных DIB, не содержащих Li, падают в диапазоне 22–68 Вт · ч кг −1 (см. дополнительный рисунок 1 и таблицу 1) 9,10,11,13,17,21,40,41,43 .Наибольшее зарегистрированное значение ок. 68 Вт · ч кг -1 было для GDIB, использующего 1 М NaPF 6 в этиленкарбонат / этилметилкарбонат (EC / EMC) электролите 40,41 . Также можно продемонстрировать, что плотность энергии ограничена умеренными концентрациями электролитов (обычно около 0,3–1 М) или довольно низким напряжением батареи (например, 2 В для батарей на основе AlCl 3 ) 43 . Отметим, что за счет использования высококонцентрированных электролитов в литиевых GDIB (до 4 M) были достигнуты гораздо более высокие плотности энергии до 150 Вт · ч кг -1 44,45,46,47 .Основываясь на этих соображениях, здесь мы сосредоточены на поиске высококонцентрированного, но не содержащего лития состава электролита, максимизирующего анодную емкость без ущерба для емкости графита.

KFSI-графитовый DIB с высококонцентрированным электролитом

Обычно растворимость соли определяется энергией решетки (затраты энергии, которые необходимо преодолеть для образования отдельных ионов из кристаллической решетки) и энергией сольватации ионов (выигрыш энергии во время сольватация в растворителе, называемая энергией гидратации, когда растворителем является вода).Согласно Gopal 48 , температура плавления солей щелочных металлов может служить полуколичественным индикатором их энергии решетки. С другой стороны, энергия сольватации ионов положительно коррелирует с их плотностью заряда 49 . Поэтому мы исследовали температуры плавления и ионные размеры сложных одновалентных анионов, которые могут интеркалировать в графит и доступны в виде безлитийных солей, таких как FSI , CF 3 SO 3 , TFSI , AlCl 4 , BF 4 , FTFSI , ClO 4 , PF 6 и BETI .Среди них соли FSI имеют особенно низкие температуры плавления (около 99–103 ° C для KFSI и около 109–114 ° C для NaFSI) и, в то же время, относительно небольшой размер ионов (ок. 5,4 Å в длину) по сравнению, например, с TFSI (примерно 8,0 Å в длину) 38 . Для растворителей двумя ключевыми факторами являются кислотность Льюиса (способность координировать анионы) и электрохимическая стабильность. Среди множества возможных растворителей мы выбрали растворитель этиленкарбонат / диметилкарбонат (EC / DMC) из-за его самого высокого окна электрохимической стабильности до 6 В 50 .Другие полярные растворители с более высокой кислотностью по Льюису (например, диметоксиэтан, ацетонитрил и вода) были непригодны из-за их гораздо более низкой устойчивости к окислению или восстановлению. Важно отметить, что мы обнаружили, что молярность насыщенного раствора KFSI в EC / DMC при комнатной температуре превышает 5 M (65 мас.% KFSI). Для сравнения, насыщенный раствор NaFSI в EC / DMC составляет всего 1,8 М (37 мас.% NaFSI), что хорошо согласуется с его более высокой температурой плавления. Насыщенные растворы других солей, отличных от Li, упомянутых выше, также имели более низкие концентрации в смеси растворителей EC / DMC.

Механизм КФСИ-графит ДИБ можно описать следующим образом. Во время зарядки FSI внедряется в графит, а ионы K + восстанавливаются и осаждаются на алюминиевом токосъемнике в виде металлической пленки калия (рис. 1а). Согласно формуле. Согласно формуле (4) емкость накопления заряда на уровне элемента будет определяться емкостью графитового катода и молярностью электролита KFSI. Для расчетов плотности энергии мы предполагаем постоянное напряжение батареи 4.7 В по сравнению с K + / K, полученным экспериментально с 5 M электролитом KFSI / EC / DMC (рис. 1б). Рисунок 1c иллюстрирует влияние молярности электролита на ограничение емкости, поскольку теоретические значения ячейки C для 1 и 5 М растворов составляют 17 и 44 мАч г -1 , соответственно. Наконец, мы получили высокую теоретическую плотность энергии 207 Вт · ч · кг −1 (388 Вт · ч · л −1 ) для концепции KFSI-графит DIB с использованием 5 M электролита, рассчитанной из емкости катодного графита 98 мА · ч · г −1 (206 Ач л −1 ).

Рис. 1

Принцип работы и удельная энергия КФСИ-графита ДИБ. а Схема процесса зарядки в КФСИ-графит ДИБ. Атомы фтора, кислорода, серы и азота в анионе FSI показаны коричневым, красным, синим и зеленым цветами соответственно. b Типичный профиль гальваностатического напряжения KFSI-графитового DIB, измеренный при плотности тока 50 мА г -1 . c Расчетная (кривая из уравнения (4)) и экспериментальная (одна точка) плотность энергии на уровне ячеек KFSI-графит DIB с использованием различных концентраций KFSI в растворителе EC / DMC. d Сравнение объемных и гравиметрических плотностей энергии графитовой DIB-батареи KFSI с батареями других технологий: PHS, ванадиевая окислительно-восстановительная батарея (VRB), свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея

С точки зрения хранения энергии на уровне сети , плотность энергии ок. 200 Втч кг −1 выгодно отличается от установленных коммерческих технологий, таких как свинцово-кислотные батареи (30–50 Втч кг, −1 ) и ванадиевые батареи с окислительно-восстановительным потоком (10–30 Втч кг, −1 ).Более подробное сравнение с основными аккумуляторными технологиями, которые используются или могут быть использованы для стационарного хранения, показано на рис. 1d. Два важных преимущества GDIB на основе KTFSI — это практически неограниченное естественное изобилие его элементарных компонентов и отсутствие токсичных металлов.

DFT-исследование интеркаляции анионов FSI

в графит

Чтобы лучше понять стадийный механизм интеркаляции анионов FSI в графит, были выполнены расчеты DFT.Сложные формы анионов не внедряются равномерно в каждый прослойку графита, а уникальным периодическим способом, называемым ступенчатым механизмом, как показано на дополнительном рис. 2. Такой механизм является результатом баланса между силами Ван-дер-Ваальса между графеновыми слоями с одной стороны. и ионное отталкивание между интеркалянтными слоями и внутри них 51 . Этот механизм проходит через различные стадии с различным периодическим периодом повторения I c (которое является расстоянием между двумя соседними слоями анионного интеркаланта FSI ) и высотой галереи интеркаланта, не зависящей от стадии d i ( я.е. расстояние между двумя соседними слоями графита с интеркалянтом анионами FSI ). Меньший номер стадии ( n ) соответствует более высокой концентрации интеркалянта и меньшему количеству пустых графен-графеновых слоев, поэтому это также подразумевает более высокую емкость накопления заряда.

Для моделирования механизма стадийности моделируются четыре различных стадии интеркаляции (см. Дополнительный рис. 3), и для каждой стадии рассматриваются три различных концентрации. Принимая во внимание формульную единицу C 6 [FSI] x , значения x равны 0.167, 0,334 и 0,50 для этапа 1; 0,083, 0,167 и 0,250 для этапа 2; 0,055, 0,112 и 0,167 для стадии 3; и 0,042, 0,083 и 0,125 для этапа 4. Суперячейка 6 × 6 × 2 из 288 атомов углерода сконструирована для расчета этапа 1 (дополнительный рис. 4), этапа 2 (дополнительный рис. 5) и этапа 4 (дополнительный рис. . 6). Еще одна сверхъячейка 6 × 6 × 3 из 432 атомов использовалась для расчетов стадии 3 (дополнительный рис. 7).

Затем мы смоделировали картины XRD (рис. 2a) на основе релаксированных атомных координат, полученных из расчетов методом DFT.Для всех стадий между n = 1 и 4 мы обнаружили два доминирующих пика, обозначенных пунктирными линиями на рис. 2а, которые отражают феномен стадийности. Хорошо известно, что для стадии n два наиболее доминирующих пика XRD соответствуют плоскостям ( 00n + 1 ) и ( 00n + 2 ), а отношение d 00 n +1 / d 00 n +2 отражает номер стадии соединения интеркаляции графита 52 .Периодическое расстояние повторения связано со значениями d-интервала как I c = ( n + 1) d 00 n + 1 = ( n + 2) d 00 n +2 = ( n + m) d 00 n + m , где d 00 n +1 , d 00 n +2 и d 00 n + m — это d -пространства ( 00n + 1 ), ( 00n + 2 00) и ( + м ) самолетов соответственно.Для этапа 1 значения интервала d 00 n +1 и d 00 n +2 составляют 3,92 и 2,61 Å соответственно, что приводит к периодическому повторению расстояния I c = 2 × 3,92 = 3 × 2,61, в диапазоне от 7,83 до 7,84 Å. В целом, эти результаты указывают на образование интеркалированного графита FSI стадии 1 в полностью заряженной батарее KFSI-графит (рис. 2b). При этом межслоевое расширение составляет 134% при интеркаляции аниона FSI , что меньше, чем при интеркаляции аниона AlCl 4 (150–160%) 53 и сопоставимо со значениями PF 6 и TFSI интеркаляция анионов (130–140%) 54 .Полностью интеркалированная ступень 1 с формулой C 6 [FSI] 0,5 имеет максимальную емкость хранения 186 мАч g –1 .

Рис. 2

Расчеты методом DFT интеркаляции анионов FSI в графит. a Моделируемые порошковые рентгенограммы заряженного графита с интеркалированными анионами FSI на разных стадиях. Пунктирные линии представляют положения наиболее интенсивных пиков для стадий 1, 2, 3 и 4. Для стадии 1 пик при 2 θ = 20.81 ° соответствует плоскости ( 0k0 ) из-за бокового смещения графитовых слоев (AB наложенных) при внедрении FSI в полностью заряженную систему. Поскольку для других стадий (стадии 2, 3 и 4) наблюдается гораздо меньший сдвиг AB-суммирования, мы не обнаружили никаких дополнительных пиков для этих систем (см. Дополнительный рисунок 8 и примечание 3 для подробного объяснения). b Схема аниона FSI , интеркалированного в графит для стадии 1 ( n = 1). Атомы фтора, кислорода, серы и азота, представляющие анион FSI , показаны коричневым, красным, синим и зеленым цветами соответственно. c Расчетный профиль напряжения интеркаляции аниона FSI в графит как функция молярного отношения между FSI и C (т. Е. x в C 6 [FSI] x )

Мы рассчитали профиль напряжения KFSI-графитового DIB в соответствии с ступенчатым механизмом внедрения анионов FSI в графит (рис. 2c, подробности см. В дополнительном примечании 4). Ясно видно, что напряжение увеличивается с увеличением степени интеркаляции анионов FSI .Расчетные напряжения для ступеней 4, 3, 2 и 1 составляют 4,75, 4,76, 4,82 и 4,95 В относительно K + / K, соответственно, при их среднем значении 4,82 В относительно K + / K. Как правило, помимо окислительного потенциала графита, существуют и другие факторы, влияющие на напряжение интеркаляции анионов в графит. Это энергия десольватации аниона (затраты энергии, которые необходимо преодолеть для образования отдельных анионов из электролита, чем меньше анион — тем выше эта энергия) и энергия интеркаляции (затраты энергии, которые необходимо преодолеть для внедрения аниона в решетку графита, чем крупнее анион, тем выше энергия).Более высокая мощность заряда требуется для открытия межслоевых пространств для вставки более крупных анионов. Более высокие энергии десольватации и интеркаляции увеличивают напряжение интеркаляции. Например, напряжение интеркаляции FSI , представленное в этой работе, часто оказывается выше, чем напряжение интеркаляции PF 6 16,21,28 , что можно отнести к большему размеру аниона FSI — Анион (объем Ван-дер-Вааль, 95 Å, 3 ) по сравнению с анионом PF 6 (объем Ван-дер-Вааль, 69 Å, 3 ) 55 .В то же время можно ожидать, что меньший размер аниона PF 6 увеличит его энергию сольватации, несколько нейтрализуя нижний барьер интеркаляции. Здесь в игру вступает свойство растворителя, которое может сместить этот баланс в сторону более высокого напряжения интеркаляции PF 6 . Например, более высокое напряжение интеркаляции 5 В по сравнению с Li + / Li было зарегистрировано для системы на основе PF 6 , когда пропиленкарбонат использовался в качестве растворителя 56 , который имеет более высокую полярность, чем Смесь растворителей EC / DMC, использованная в данной работе.

Рентгеноструктурный анализ интеркаляции FSI

на месте

После проведения вычислительных исследований механизм перехода аниона FSI в графит был экспериментально исследован с помощью измерений XRD in situ. На рис. 3 показаны полученные закономерности при зарядке и разрядке графитового катода в течение первых двух циклов. Расщепление отражения ( 002 ) исходного графита при зарядке свидетельствует о процессе интеркаляции.Появление двух доминирующих пиков, соответствующих рефлексам ( 00n + 1 ) и ( 00n + 2 ), также указывает на внедрение анионов FSI в графит. После полной зарядки при верхнем пределе потенциала 5,25 В относительно K + / K, положения двух самых сильных пиков (22,76 ° и 34,40 ° в 2 единицах θ или 0,39 и 0,26 нм в d ) хорошо согласуются с результатами расчетов (белые пунктирные линии на рис.3), что указывает на стадию 1. Судя по гальваностатическим кривым, до 0,3 моль анионов FSI может быть интеркалировано в 6 моль углерода, что дает емкость 112 мАч г -1 . Некоторый необратимый захват анионов FSI происходит во время первой зарядки, о чем свидетельствует разница в емкости между первой зарядкой и первой разрядкой. После первого разряда практически одинаковые емкости при последующих полуциклах заряда и разряда показывают обратимость процесса интеркаляции.Необратимый захват анионов FSI во время первой загрузки можно объяснить на основе необратимых изменений, произошедших в графите с точки зрения межслоевого расстояния (от 3,35 до 7,85 Å), а также плоскостей (от (00l ) до ( 0k0 ) — ( 00l ) плоскость, см. Дополнительный рис.9). Эта смещенная вбок структура графита дает FSI стабильную плоскость для идеального интеркалирования и взаимодействия с соседними графитовыми слоями с максимальным связыванием, что приводит к менее благоприятному процессу деинтеркаляции и, в конечном итоге, улавливанию некоторых анионов FSI внутри структура графита, как видно из экспериментального наблюдения этого исследования и некоторых предыдущих исследований на анионах PF 6 57 .Однако после первого цикла заряда / разряда последующая интеркаляция / деинтеркаляция анионов FSI во время процессов заряда / разряда становится плавной из-за уже смоченной (открытой просторной) структуры графитового электрода 58 .

Рис. 3

Рентгеноструктурные измерения графита на месте во время зарядки и разрядки. Вверху: профиль гальваностатического напряжения, измеренный при плотности тока 10 мА г -1 для первых двух циклов. Внизу: рентгенограммы графита во время цикла.Белые горизонтальные пунктирные линии соответствуют вычисленным положениям для различных стадий (показаны на рис. 2a).

Спектроскопическое свидетельство интеркаляции FSI

Судьба частиц FSI также была исследована в растворах и в твердом состоянии. 19 Спектроскопия ЯМР F (рис. 4а). Для этих измерений графит загружали и разряжали при плотности тока 10 мА g -1 до 5,25 В по сравнению с K + / K, а затем смывали избыток электролита, используя чистый растворитель EC / DMC.Сохранение заряженного состояния во время очистки, обработки и измерений было подтверждено измерениями XRD (рис. 4b), где сравниваются спектры, собранные in situ в конце электрохимической зарядки и ex situ после выделения и промывки. Спектр твердотельного ЯМР 19 F заряженного и промытого графита показывает широкий сигнал между 20 и 125 частями на миллион, который намного слабее, чем тот, который наблюдается для разряженного графита, подтверждая интеркалирование фторсодержащих частиц при зарядке.Сходство частотной области 19 F сигнала в заряженном графите с изотропным химическим сдвигом электролита KFSI (измеренным методом ЯМР в растворе) указывает на то, что одна или несколько конформаций FSI , скорее всего, являются доминирующими. форма интеркалированных F-содержащих частиц. Повышенная ширина спектра твердотельного ЯМР связана с невозможностью раскручивать образец из-за проводящих свойств графита. Тем не менее, форма спектра статических твердотельных спектров 19 F напоминает статический аксиальный тензор, как и следовало ожидать, если предположить, что изотропные частицы FSI , т.е.g., вращением или переворачиванием иона, окружены двумя плоскими и параллельными слоями графена. Контрольное измерение проводилось простым погружением графита в электролит KFSI без электрохимической интеркаляции с последующей промывкой EC / DMC. В этом случае сигнал не обнаружен.

Рис. 4

19 F ЯМР и XRD характеристики чешуек графита. a 19 Спектры ЯМР F заряженных и разряженных чешуек графита (промытых в EC / DMC), незаряженных чешуек графита (эталон) и 5 ​​M KFSI / EC / DMC электролита.b Рентгенограммы заряженного графита, собранного in situ и ex situ (т.е. после отделения и промывки чешуек графита). Для сравнения также показан образец чистого графита.

Электрохимические характеристики KFSI-графита DIB

Во-первых, поведение покрытия / удаления калия в электролите 5 M KFSI / EC / DMC (а также в 1 M KFSI / EC. / DMC электролит для сравнения) оценивали с использованием монетных элементов K | Al с использованием сепаратора Celgard 2400. Ячейки циклически менялись при плотности тока 0.5 мА см −2 (рис. 5а). Емкость процессов зарядки и разрядки была ограничена значением 1 мАч см −2 . В электролите с низкой концентрацией 1 M плетение / удаление калия не было обратимым с низкой кулоновской эффективностью. Напротив, стабильное циклирование было измерено в 5 M электролите KFSI / EC / DMC в течение по меньшей мере около 150 циклов со 100% кулоновской эффективностью. Эти результаты демонстрируют сильную способность электролита 5 M KFSI-EC / DME поддерживать обратимое покрытие / удаление металлического калия.Фактически, эти результаты и аналогичные исследования гальванического покрытия Li 59 , Na 60 и K 61 из высококонцентрированных электролитов показывают, что такие электролиты создают гомогенизирующий катионный поток, который вызывает плоское и равномерное осаждение металла 62 . Мы также протестировали другую стратегию подавления образования дендритов, вставив барьер из твердого электролита между металлом и жидким электролитом. Используя твердый электролит β ″ -оксида алюминия калия для отделения катода, мы наблюдали стабильное гальваническое покрытие (дополнительные рис.10 и 11). Согласно дополнительному рисунку 10, твердотельный калиевый электролит не препятствовал работе батареи, поддерживая катодную емкость 80 мАч g -1 при 4,7 В по сравнению с K + / K. Такая твердотельная конструкция может быть интересна для практических аккумуляторов KFSI-GDIB, например с расплавленным электролитом KFSI, не содержащим растворителей.

Рис. 5

Электрохимические характеристики КФСИ-графита ДИБ. a Кривые гальваностатического плетения (разряда) и снятия изоляции (заряда) ячеек монетного типа, состоящих из металлического калия в качестве противоэлектрода и электрода сравнения и алюминия в качестве рабочего электрода в электролите KFSI / EC / DMC 1 и 5 M, измеренные на площади текущая плотность 0.5 мА · см −2 (с ограничением емкости 1 мАч · см −2 ). b d Кривые гальваностатического заряда-разряда ( b ), измерения емкости ( c ) и циклические характеристики KFSI-графита DIB ( d )

Гальваностатические циклические эксперименты с KFSI-графитом DIB выполнялись с использованием изготовленных на заказ монетных элементов из нержавеющей стали с покрытием TiN. Следует отметить, что обычные металлы, такие как алюминий или нержавеющая сталь, могут легко корродировать при высоком напряжении выше> 4.4 В по сравнению с K + / K (4,5 В по сравнению с Li + / Li). Таким образом, защитная пленка из TiN была использована для предотвращения окисления катодного токосъемника при включении цикла, по аналогии с нашим более ранним отчетом о AlCl 3 -графитовой батарее 63 . Пленка TiN толщиной 500 нм была выращена магнетронным распылением на одной стороне монеты из нержавеющей стали в атмосфере азота и аргона с использованием мишени из Ti. Ячейка монетного типа состояла из тонкой пленки калия (используемой в качестве затравочного слоя), прижатой к алюминиевой фольге, стекловолоконного сепаратора, пропитанного 5 M электролитом KFSI / EC / DMC, и графитового катода.Отметим, что самая высокая емкость, среднее напряжение разряда и начальная кулоновская эффективность наблюдались для 5 M электролита KFSI, что указывает на то, что это оптимальная концентрация среди различных молярностей KFSI в EC / DMC (дополнительный рис. 12). Графитовый катод состоял из чешуек природного графита (загрузка: 10 мг / см -2 ) без использования связующих или проводящих добавок.

На рисунке 5b показаны кривые гальваностатического напряжения KFSI-графитового DIB, измеренные в интервале напряжений 3.2–5,25 В по сравнению с K + / K при плотности тока 100 мА г −1 . Графитовые катоды показали очень плоские профили напряжения с начальной кулоновской эффективностью 85%. Среднее напряжение заряда и разряда составляло 5,0 и 4,7 В относительно K + / K соответственно. На рисунке 5c показана производительность KFSI-графитового DIB при различных плотностях тока 50–500 мА г –1 , что дает катодную емкость 98–47 мАч г –1 , соответственно. Падение емкости KFSI-графит DIB при высоких плотностях тока 200 и 500 мАч g −1 можно объяснить ограничивающим эффектом ионной проводимости электролита KFSI / EC / DMC при очень высоких молярностях (5 M, 65 мас.% KFSI) 64 .Важно отметить, что когда уровень тока вернулся к 50 мА г -1 с 500 мА г -1 , емкость почти полностью восстановилась. Соответствующая удельная мощность при 500 мАч g −1 составила 1338 Вт кг −1 , что выгодно отличается от батарей, используемых в коммерческих хранилищах на уровне сети, а именно свинцово-кислотных (75–300 Вт кг −1 ) и ванадиевые проточные окислительно-восстановительные батареи (60–100 Вт кг –1 ). Испытания графита на устойчивость к циклическим нагрузкам при плотности тока 100 мА г -1 показывают сохранение емкости более 80 мА г -1 в течение не менее 300 циклов с кулоновской эффективностью 93–99%.С точки зрения энергоэффективности полученная энергоэффективность 89% (полученная из соотношения интегрированных площадей кривых заряда и разряда для 100-го цикла (рис. 5b), например) сравнима с эффективностью коммерческих литий-ионных аккумуляторов. . Следует отметить, что снижение кулоновской эффективности связано с окислением / коррозией краев изготовленного на заказ элемента монетного типа из нержавеющей стали с покрытием TiN (см. Дополнительный рис. 13). Слой TiN действует как токоприемник, как было показано в наших более ранних работах для ряда химических элементов батарей 63 .Напротив, нержавеющая сталь не подходит для этого типа батарей из-за ее коррозии при таких высоких напряжениях. Непрерывное покрытие монетного элемента из нержавеющей стали проводящей пленкой TiN в конечном итоге было ограничено методом магнетронного распыления, использованным в данной работе, который позволяет выращивать защитную пленку TiN только на относительно плоских поверхностях. Эти результаты предполагают, что будущая работа должна быть сосредоточена на дальнейшем улучшении конструкции ячеек графитовой батареи KFSI, а также других DIB (которые имеют аналогичные проблемы) с целью минимизировать окисление / коррозию используемых токосъемников.