Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе автомобиля?

Содержание

1. Оптимальные показатели в зависимости от времени года
2. Летом
3. Зимой
4. Почему происходит изменение плотности электролита?
5. Как можно откорректировать плотность электролита в банках батареи?
6. Чем грозит повышенная или пониженная плотность электролита?

Оптимальные показатели в зависимости от времени года

Плотность является важным параметром всех аккумуляторных батарей, значение которого рекомендуется удерживать на оптимальном уровне. Такое положение объясняется двумя основными причинами. Во-первых, значение параметра зависит от периода времени, в течение которого батарея будет стабильно функционировать. Во-вторых, уровень плотности определяет качество ёмкости АКБ, которое может постепенно падать из-за неоптимальной величины параметра.

Плотность электролита в аккумуляторе равна 1,27–1,31 г/см3. Однако такие значения соответствуют норме в регионах с умеренным климатическим режимом. Если эксплуатировать автомобиль в районах, в которых температурный режим может достигать -50, то плотность электролита в АКБ там от 1,29 до 1,31 г/см3. Норма устанавливается в зависимости от климатических особенностей района и времени года.

Также у водителей может появиться вопрос, какая плотность электролита в аккумуляторе должна быть в разное время года. Проанализируем этот показатель летом и зимой.

Летом

Нормальная плотность электролита в аккумуляторе изменяется в интервале от 1,25 до 1,27 г/см3 в жаркий сезон. Но летом АКБ может работать нестабильно, так как существует вероятность возникновения проблем, связанных с потерей значительного количества жидкости. Специалисты советуют удерживать значение параметра на 0,02–0,03 г/см3 ниже оптимального. Нельзя не отметить, что данная рекомендация преимущественно относится к южным регионам нашей страны.

Приводим таблицу плотности электролита в аккумуляторе в летнее время.

Регион	Величина плотности, г/см3
Центральный	1,27
Южный	1,25
Северный	1,27
Крайний Север	1,27

Зимой

Какая должна быть плотность аккумулятора в зимний сезон? Она не должна опускаться ниже 1,27 г/см3. Исключением являются южные регионы, в которых значение показателя может составлять 1,25 г/см3.

Если рассматривать районы Крайнего Севера, то плотность аккумулятора должна находиться в промежутке от 1,31 г/см3 до 1,35 г/см3. Такое положение объясняется несколькими причинами. Во-первых, если значение показателя будет слишком маленьким, то электролит внутри АКБ при крепком морозе может превратиться в ледышку, так как доля жидкости в нём в несколько раз превышает норму. Во-вторых, основные части и механизмы автотранспортного средства замерзают при минусовых температурах. Чтобы этого не произошло, необходимо усилить электродвижущую силу, с помощью которой можно осуществить запуск двигателя внутреннего сгорания. Даже современные машины не смогут это реализовать без дополнительной энергии. Следовательно, если уменьшить значение показателя, то произойдёт замерзание АКБ.

Таким образом, отвечая на вопрос о том, сколько должно быть электролита в аккумуляторе, приведём следующую таблицу плотности.

Регион	Величина плотности, г/см3
Центральный	1,27
Южный	1,25
Северный	1,29
Крайний Север	1,31

Но нужно помнить, что представленные цифры относятся лишь к АКБ с полным зарядом. Если он находится на недостаточном уровне, то значения показателя будут больше на несколько единиц.

Почему происходит изменение плотности электролита?

Даже многие водители со стажем не знают, почему падает плотность электролита в аккумуляторе. Это происходит в результате уменьшения заряда АКБ. Подобные перемены характерны для зимы, когда при потере значительной величины энергии значение рассматриваемого показателя становится критическим. Единственным решением этой проблемы является регулярный контроль состояния аккумулятора.

Специалисты рекомендуют время от времени отслеживать взаимосвязь между уровнем заряда и водным соотношением в составе электролита. К примеру, рассмотрим возможное развитие событий при сокращении аккумулятора на 25 % и 50 %:

1. При первоначальной плотности в 1,30 г/см3 она снизится до 1,26 г/см3 и 1,22 г/см3.
2. При начальном значении показателя в 1,27 г/см3 объём уменьшится до 1,23 г/см3 и 1,19 г/см3.
3. При исходной величине в 1,23 г/см3 плотность упадёт до 1,19 г/см3 и 1,15 г/см3.

Таким образом, необходимо своевременно осуществлять зарядку аккумулятора, чтобы избежать падения показателя. Однако перед этим рекомендуется обратить внимание на уровень жидкости, который мог уменьшиться в процессе функционирования автомобиля. Если это произошло, требуется долить очищенную воду без содержания каких-либо добавок.

Как можно откорректировать плотность электролита в банках батареи?

Часто возникают ситуации, в которых наблюдается разная плотность электролита в банках аккумулятора. Эту проблему нужно решать незамедлительно. Как тогда выровнять плотность электролита в банках аккумулятора? Рекомендуется два варианта действий:

1. Применить электролит, обладающий высокой концентрацией серы.
2. Долить кислоты вспомогательного характера.

Корректировка плотности электролита в аккумуляторе осуществляется с использованием следующих предметов:

• специальная ёмкость с делениями;
• резервуар для образования новой субстанции;
• кислота, электролит;
• очищенная жидкость.

Инструкция по изменению значения показателя включает в себя следующие действия:

1. Взять небольшое количество электролита с банки аккумуляторной батареи.
2. Добавить корректирующий раствор в количестве, которое соответствует взятому на первом действии – если необходимо увеличить плотность электролита. Для противоположного результата регулирующий раствор замените на дистиллированную жидкость.
3. Аккумулятор следует подзарядить специальным устройством, так как номинальный ток позволит поступившей воде перемешаться.
4. Отключив АКБ от батареи, целесообразно выждать в районе 2 часов. Это позволит плотности во всех банках встать на один уровень, что сделает вероятность возникновения погрешностей при контрольном измерении минимальной.
5. Заново измерить значение электролита. Если оно прежнее – повторить предыдущие действия сначала.

Не всегда можно изменить показатель. И тогда единственное решение – купить новый аккумулятор. Если электролит приобретает чёрный оттенок при осуществлении зарядки, то это свидетельствует о невозможности восстановления работы АКБ.

Чем грозит повышенная или пониженная плотность электролита?

Если рассматриваемый показатель выше допустимого значения, то значит, норма превышена, что отрицательно сказывается на функционировании авто. Это в большинстве случаев приводит к возникновению различных неисправностей АКБ. Следовательно, слишком высокая плотность электролита в аккумуляторе опасна для состояния автомобиля.

Если значение показателя занижено, машина может просто не завестись. В первую очередь это касается зимнего сезона, так как батарея замёрзнет при минусовых температурах.

Таким образом, необходимо осуществлять регулярную проверку плотности электролита. Это поможет избежать возникновения непредвиденных обстоятельств. Однако сделать подобное проблематично, так как плотность изменяется при разных уровнях заряда аккумулятора. Например, при её уменьшении происходит поглощение дистиллированной жидкости батареей, что приводит к увеличению концентрации показателя. В обратных ситуациях возникает процесс сульфатации, ведущий к снижению уровня плотности. Главный исход – выход из строя АКБ.

Плотность электролита — нормы, какие изменения происходят летом/зимой?

Если вы пользуетесь обслуживаемыми сернокислотными батареями, плотность электролита — тот самый показатель, который нужно уметь определять правильно. От этого зависит не только уровень заряда, но и исправность АКБ. Поэтому мы решили разобраться, какой должна быть плотность электролита в аккумуляторе зимой или летом, как измерить этот показатель и при необходимости повысить его.

Что такое плотность?

Под плотностью понимается процент серной кислоты в рабочей жидкости. Выражается в граммах на кубический сантиметр, поэтому измерить визуально ее не получится. Для этих целей применяется специальный прибор — ареометр. Практика показывает, что работа идет хорошо, пока показатель держится в рамках от 1,25 до 1,28 г/см3.

Нормы плотности электролита в аккумуляторе зимой и летом

Как видим, разбежка есть. Это происходит, поскольку для каждого сезона есть свои приемлемые нормы, которые зависят от концентрации действующего вещества, температуры воздуха, заряженности батареи.

1. Плотность электролита в АКБ летом

Главная проблема летом — испарение воды. Солнце жарит, капот разогревается, а вместе с ним — двигатель и АКБ. Концентрация серной кислоты растет, а верхняя часть пластин оголяется, что неизбежно приводит к активной сульфатации, разрушению.

Наша задача — снизить концентрацию серной кислоты. Достаточно уменьшить значение на 0,02 г/см3. Это никак не сказывается на запуске, зато продлевает срок службы оборудования. Например, во влажном теплом климате показатель может составлять 1,23 г/см3, и все будет в порядке. Высокие температуры облегчают токоотдачу, поэтому стартер проворачивается даже на минимальных показателях.

Испарение идет постоянно, поэтому проводить проверку рекомендуется не реже двух раз в месяц. Но все зависит от температуры воздуха. Как только вы обнаружили уменьшение показателя – доливается дистиллированная вода.

Для справки! Испаряется не только вода, но также серная кислота. Доливая дистиллят постоянно, мы снижаем концентрацию действующего вещества. В итоге аккумуляторное устройство перестает держать заряд.

2. Плотность электролита в АКБ зимой

Зимой плотность электролита может снижаться под влиянием окружающей температуры. При температуре минус 35 градусов и показателе плотности лишь в 1,21-1,22 г/см3 можно и не завестись.. Емкость снижается, а вместе с нею — пусковые токи. Стартер просто перестанет прокручиваться.

Если параметр снижается зимой, не нужно доливать воду в банки. Правильное решение — зарядить батарею. Недостаток городского транспорта в том, что автомобили перемещаются на короткие расстояния, а потом долго простаивают на стоянках. В итоге источник питания находится в охлажденном состоянии долгое время, а за поездку не успевает подзарядиться.

Вывод: нужно регулярно проводить подзарядку. Иначе уровень заряда снизится. Но не забываем, что заряжать АКБ нужно в теплом помещении с хорошей вентиляцией. Желательно, чтобы оно было нежилым, так как в процессе зарядки выделяются ядовитые газы.

Для справки! Чем ниже показатель, тем быстрее батарея замерзает. Например, если плотность падает до 1,1 г/см3, то жидкость будет замерзать даже при -7 градусах. Корпус разрывает, а пакеты пластин разрушаются.

Когда и почему плотность падает?

Раствор на 65% состоит из дистиллированной воды, на 35% — из серной кислоты. Чтобы реакция протекала быстро, концентрация действующего вещества должна быть определенной. Однако показатель часто становится низким. Это происходит по нескольким причинам.

1. Батарея разрядилась

Когда аккумулятор находится в разряженном состоянии, плотность снижается. Достаточно зарядить АКБ, чтобы все встало на свои места.

Если же речь идет о глубоких разрядах – происходит сульфатация, когда серная кислота оседает на пластинах в виде налета. При заряде запускается процесс десульфатации, однако полностью вещество не возвращается в первоначальное состояние. Поэтому свинцово-кислотные АКБ с жидким электролитом не терпят глубоких разрядов, о чем вам обязательно расскажут консультанты 1AK.BY.

2. Часть раствора выкипела

Батарея находится возле мотора. При длительном использовании в жаркую погоду раствор закипает, что сопровождается обильным газообразованием. Летом рекомендуется хотя бы раз в неделю проверять показатели раствора.

3. Доливалось слишком много воды

Владелец может доливать дистиллированную воду, но плотность будет снижаться. Обычно это происходит, если вы не следите за концентрацией серной кислоты.

Проводим проверку – подробная инструкция

Определить плотность можно самостоятельно, если под рукой имеется:

• профессиональный денсиметр — стеклянная трубка, в которую погружается ареометр;
• защитные перчатки, костюм, очки — серная кислота, соприкасаясь с кожей, вызывает химические ожоги;
• теплое нежилое помещение с хорошей вентиляцией.

Измерение провести несложно:

• аккумулятор вынимается из посадочного гнезда, а пробки вывинчиваются;
• визуально оценивается уровень электролита — на 1,5 см должен быть выше, чем верхний край пластин;
• крышки выкручиваются, а батарея заряжается на 100%;
• через 8 часов после зарядки денсиметр погружают поочередно в каждую банку;
• из каждой банки выкачивается немного наполнителя — ареометр должен свободно плавать в растворе, а показатели оцениваются с учетом погоды.

Все хорошо, если показания не опускаются ниже 1,24 г/ см3.

Показатели для разных банок не должны отличаться больше, чем на 0,02–0,03 единицы. Если они не отступают от нормы — возвращаем заглушки на место, устанавливаем батарею.

Как восстановить плотность самостоятельно?

Если мы видим, что плотность снизилась, можно попробовать исправить это самостоятельно. Есть два способа, каждый из которых — довольно опасный, потому что работать придется с серной кислотой.

1. Долить корректирующий раствор

Придется подсчитать, сколько нужно использовать корректирующей жидкости и дистиллированной воды, чтобы провести замену эффективно.

Схема такая:

• вытягиваем грушей немного вещества из банки;
• заменяем его аналогичным объемом раствора;
• ставим АКБ на зарядку, ждем полчаса, чтобы жидкости перемешались;
• оставляем источник питания на 1–2 часа, чтобы жидкость остыла, пузырьки перестали образовываться;
• проводим замер — если нужно, повторяем процедуру.

2. Долить серную кислоту

Если параметр становится ниже 1,18 г/см3, используем кислоту. Схема действий та же, только шаг разбавления берется маленький, чтобы не пропустить нужную отметку.

Теперь вы знаете, как определить нормальную плотность электролита в аккумуляторе с учетом сезона. Остается решить, что делать, когда показатель сильно отстает от нормы. Вы можете попробовать самостоятельно восстановить плотность, используя корректирующий раствор или серную кислоту. Но не стоит дырявить конструкцию, переворачивать АКБ или следовать другим странным советам из интернета. Намного эффективнее и безопаснее обратиться к специалистам или купить новый аккумулятор.

 

На правах рекламы

Все, что вам нужно знать о плотности энергии литиевых батарей

Перейти к содержимому Все, что вам нужно знать о плотности энергии литиевой батареи

В последние годы быстро развиваются новые области, такие как транспортные средства на новой энергии, хранение энергии, связь и центры обработки данных, что в значительной степени способствовало разработке литий-ионных аккумуляторов большой емкости.

Различные области выдвинули более высокие требования к плотности энергии литий-ионных аккумуляторов.

Материал для накопления активной энергии литий-ионных аккумуляторов представляет собой материал положительного и отрицательного электродов. Способ увеличить плотность энергии для положительного электрода состоит в том, чтобы увеличить разрядное напряжение и разрядную емкость. Для материалов отрицательного электрода это высокая емкость и низкое среднее напряжение удаления лития.

В литий-ионных батареях третьего поколения, главной целью которых является повышение плотности энергии, материалы положительного и отрицательного электродов находятся на стадии модернизации и модернизации. В дальнейшем дальнейшее увеличение плотности энергии будет направлено на разработку аккумуляторов с отрицательными электродами из металлического лития.

Что такое плотность энергии батареи?

Плотность энергии — это мера того, сколько энергии содержит батарея по отношению к ее весу. Это измерение обычно представлено в ватт-часах на килограмм (Втч/кг). Ватт-час — это мера электрической энергии, эквивалентная потреблению одного ватта в течение одного часа.

Плотность мощности — это мера того, насколько быстро может быть доставлена ​​энергия, а не доступного запаса энергии. Плотность энергии часто путают с плотностью мощности, поэтому важно понимать разницу между ними.

Плотность энергии относится к количеству энергии, хранящейся в определенной единице пространства или массы материи. Плотность энергии батареи — это электрическая энергия, выделяемая средней единицей объема или массы батареи.

Плотность энергии батареи обычно делится на два параметра: весовая плотность энергии и объемная плотность энергии.

Как рассчитать плотность энергии литиевых батарей?

Плотность энергии (Вт·ч/л) = емкость аккумулятора × напряжение/объем разрядной платформы, базовая единица измерения – Вт·ч/л

Вес батареи Плотность энергии = емкость батареи × разрядная платформа/ вес, базовая единица измерения – Вт·ч/кг

Напряжение платформы железных батарей: 3,2 В; напряжение платформы тройных литиевых батарей обычно составляет 3,7 В.

Цилиндрический объем = πr ² × h

Призматический или другой объем = длина × ширина × высота .

Знаете ли вы плотность энергии этих аккумуляторов?

Типы мономерных ячеек	Плотность энергии
Свинцово-кислотная батарея	30-50 Втч/кг
Никель-кадмиевая батарея	45-80 Втч/кг
Никель-металлогидридная батарея	60-120 Втч/кг
Литий-ионный аккумулятор	50-260 Втч/кг

Согласно диаграмме ablve, мы можем легко понять, что литиевый элемент может достигать наивысшей плотности энергии. Именно по этой причине литиевые батареи широко используются во всем мире, и их можно использовать в самых разных аспектах.

Итак,

Что именно ограничивает плотность энергии литиевых аккумуляторов?

Основной причиной является химическая система батареи.

Вообще говоря, четыре части литиевой батареи очень важны: положительный электрод, отрицательный электрод, электролит и диафрагма. Положительный и отрицательный полюса — это места, где происходят химические реакции, которые эквивалентны вторым жилам губернатора, и можно увидеть их важный статус.

Все мы знаем, что плотность энергии аккумуляторной системы с тройным литием в качестве положительного электрода выше, чем плотность энергии аккумуляторной системы с литий-железо-фосфатом в качестве положительного электрода.

Почему это?

Большинство существующих анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов в основном представляют собой графит с теоретической емкостью в граммах 372 мАч/г графита. Теоретическая емкость в граммах катодного материала из фосфата лития-железа составляет всего 160 мАч/г, а тройного материала никель-кобальт-марганец (NCM) составляет около 200 мАч/г. Согласно теории ствола, уровень воды определяется самой короткой частью ствола, а нижний предел плотности энергии литий-ионных аккумуляторов зависит от материала катода. Платформа напряжения фосфата лития-железа составляет 3,2 В, а тройной индекс — 3,7 В. По сравнению с двумя фазами плотность энергии выше, а разница составляет 16%.

Конечно, помимо химической системы, уровень технологии производства, такой как плотность уплотнения и толщина фольги, также будет влиять на плотность энергии.

Вообще говоря, чем больше плотность уплотнения, тем выше емкость батареи в ограниченном пространстве, поэтому плотность уплотнения основного материала также рассматривается как один из эталонных показателей плотности энергии батареи.

В четвертом эпизоде ​​«Великого тяжелого оружия II» эпоха Ниндэ использовала 6-микронную медную фольгу, используя передовые технологии для увеличения плотности энергии.

Как повысить плотность энергии литиевой батареи?

Внедрение новой системы материалов, точная настройка конструкции литиевой батареи и улучшение производственных возможностей — вот три этапа, на которых инженеры-исследователи должны «танцевать с длинными рукавами». Ниже мы объясним, исходя из двух измерений мономера и системы.

– – плотность энергии мономера, в основном зависящая от прорывов в химической системе

01 Увеличить размер батареи

Производители батарей могут добиться эффекта увеличения мощности, увеличив размер исходной батареи. Пример, с которым мы наиболее знакомы: Tesla, известная компания по производству электромобилей, которая стала лидером в использовании батарей Panasonic 18650, будет заменена новой батареей 21700.

Однако «жирность» или «удлинение» батареи — это только симптом, а не лекарство. Чтобы нарисовать дно чайника, нужно найти ключевую технологию для повышения плотности энергии материалов положительного и отрицательного электродов, из которых состоит аккумуляторная батарея, и состава электролита.

02 Изменить химическую систему

Как упоминалось ранее, плотность энергии батареи зависит от положительного и отрицательного электродов батареи. Поскольку текущая плотность энергии материала анода намного больше, чем у катода, необходимо постоянно улучшать материал катода для увеличения плотности энергии.

Положительный электрод с высоким содержанием никеля

Тройные материалы обычно относятся к большому семейству оксидов лития, никеля, кобальта и марганца. Мы можем изменить производительность батареи, изменив соотношение никеля, кобальта и марганца.

Как видно из нескольких типичных тройных материалов на рисунке 5, доля никеля становится все выше и выше, а доля кобальта становится все ниже и ниже. Чем выше содержание никеля, тем выше удельная емкость элемента. Кроме того, из-за нехватки ресурсов кобальта увеличение доли никеля приведет к сокращению использования кобальта.

Кремниевый углеродный отрицательный электрод

Удельная емкость материала анода на основе кремния может достигать 4200 мАч/г, что намного выше теоретической удельной емкости графитового анода 372 мАч/г, поэтому он стал мощным заменителем графита анод.

В настоящее время использование кремний-углеродных композиционных материалов для повышения удельной энергии аккумуляторов является одним из признанных промышленностью направлений развития анодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Модель 3, выпущенная Tesla, использует отрицательный электрод из кремния и углерода.

В будущем, если вы хотите сделать еще один шаг вперед — преодолеть порог в 350 Втч/кг для одиночных элементов, коллегам в отрасли, возможно, придется сосредоточиться на литий-металлических системах батарей с отрицательным электродом, но это также означает, что вся батарея изменения и уточнения производственного процесса.

03 Плотность энергии системы: улучшите эффективность группировки блоков батарей

Группировка блоков батарей проверяет способность «осадных львов» батарей выстраивать в ряд отдельные батареи и модули. Необходимо брать безопасность за основу и максимально использовать каждый сантиметр пространства.

Существуют в основном следующие способы «уменьшения» аккумуляторной батареи.

Оптимизация структуры расположения

Что касается размеров, внутреннюю компоновку системы можно оптимизировать, чтобы сделать внутренние части аккумуляторной батареи более компактными и эффективными.

Оптимизация топологии

С помощью моделирования и расчетов мы реализовали проект снижения веса с целью обеспечения жесткости и надежности конструкции. С помощью этой технологии можно реализовать оптимизацию топологии и оптимизацию морфологии, что в конечном итоге поможет реализовать легкий вес батарейного отсека.

Выбор материала

Мы можем выбрать материалы с низкой плотностью, такие как верхняя крышка аккумуляторной батареи, которая постепенно изменилась с традиционной верхней крышки из листового металла на композитную верхнюю крышку, что может уменьшить веса примерно на 35%. Что касается нижнего ящика аккумуляторной батареи, он постепенно изменился с традиционной схемы из листового металла на схему из алюминиевого профиля, что уменьшило вес примерно на 40%, а эффект легкости очевиден.

============================================== =========================

Вопросы и ответы

1. Какая батарея имеет самую высокую плотность энергии?

По сравнению с другими высококачественными аккумуляторами (никель-кадмиевые или никель-металлогидридные) литий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ. У них одна из самых высоких плотностей энергии среди аккумуляторных технологий на сегодняшний день (100-265 Втч/кг или 250-670 Втч/л).

2. Зачем вам нужен аккумулятор с высокой плотностью энергии?

Чтобы лучше понять литий-ионные батареи, вы должны понять, почему высокая плотность энергии является желательной чертой батареи. Аккумулятор с высокой плотностью энергии имеет более длительное время работы от аккумулятора по сравнению с размером аккумулятора. С другой стороны, батарея с высокой плотностью энергии может отдавать такое же количество энергии, но занимать меньшую площадь по сравнению с батареей с более низкой плотностью энергии. Это значительно расширяет возможности применения аккумуляторов.

В заводских или складских условиях аккумуляторы для вилочных погрузчиков могут весить тысячи фунтов. Легкая батарея для вилочных погрузчиков предлагает некоторые преимущества в плане безопасности и удобства использования.

Если плотность энергии батареи слишком высока, это может представлять проблему для безопасности. Когда в ячейку упаковано больше активного материала, это увеличивает риск теплового события.

3.

Какова плотность энергии мономера?

Плотность энергии батареи часто указывает на два разных понятия: плотность энергии отдельной ячейки и плотность энергии аккумуляторной системы.

Аккумуляторная батарея — это наименьшая единица аккумуляторной системы. M батарей образуют модуль, а N модулей образуют аккумуляторную батарею. Это основная структура аккумуляторной батареи автомобиля.

Плотность энергии отдельной клетки, как следует из названия, представляет собой плотность энергии на уровне отдельной клетки.

4. Какова плотность энергии системы?

Плотность энергии системы относится к весу или объему всей аккумуляторной системы после того, как комбинация мономеров завершена, чем всей аккумуляторной системы. Поскольку аккумуляторная система содержит систему управления аккумуляторной батареей, систему терморегулирования, цепи высокого и низкого напряжения и т. д., которые занимают часть веса и внутреннего пространства аккумуляторной системы, плотность энергии аккумуляторной системы ниже, чем мономера.

Плотность энергии системы = мощность аккумуляторной системы/масса аккумуляторной системы или объем аккумуляторной системы.

DNKPOWER2022-11-10T06:49:34+00:00 Ссылка для загрузки страницы Перейти к началу

Оценка плотности энергии · Мэтт Лейси

Помогите мне обеспечить будущее этого сайта! В последние годы становится все труднее поддерживать и развивать этот веб-сайт и научный контент на нем, как я недавно обсуждал в теме в Твиттере. Сейчас я активно изучаю варианты разработки научного контента для его улучшения, расширения и обеспечения того, чтобы он продолжал оставаться полезным ресурсом для сообщества аккумуляторных батарей. Чтобы помочь мне в этом, если вы нашли эти страницы интересными, я был бы очень признателен вам за несколько минут, потраченных на заполнение этого краткого опроса. Заранее большое спасибо,
/Мэтт

Вы здесь: Дом » Наука » Литий-серные батареи » Оценка плотности энергии

Пару лет назад я сделал электронную таблицу Excel, чтобы оценить, на чем будет основываться гравиметрическая плотность энергии (или, точнее, *удельная энергия*) увеличенного литий-серного (Li-S) элемента. различные параметры и показатели эффективности из экспериментальных испытаний. В то время я работал над проектом с заявленной целью производства элемента мощностью 400 Втч/кг в конце проекта (амбициозная цель, и хотя в целом проект был очень успешным и продуктивным, далеко от этой цели).

Недавно я перевел эту таблицу в приложение Shiny, и теперь она доступна здесь. Я подумал, что было бы интересно связать это приложение со страницей, описывающей различные параметры, откуда берутся значения по умолчанию, которые я выбрал, и какие значения кажутся реалистичными с учетом текущей литературы. Я надеюсь, что это приложение будет весьма поучительным и, возможно, даст некоторое представление о том, почему так сложно сделать аккумулятор с такой высокой энергией.

Откройте приложение здесь

Приложение довольно простое и должно выглядеть так, как показано на скриншоте ниже. Просто измените значения, как вам нравится, и посмотрите, что произойдет.

Плотность энергии рассчитывается очень просто:

$$\text{плотность энергии} = \frac{Q_d \cdot E_{\text{mean}}}{\sum m_x}$$

где \(Q_d\) — «поверхностная емкость» (или площадь разрядной емкости) электрода в мАч/см2, \(E_\text{mean}\) — среднее напряжение разряда, а \(\sum m_x\) есть сумма всех масс всех компонентов в г/см2. Произведение Q и E дает энергию, а деление на сумму всех масс дает плотность энергии для всего пакета ячеек.

Можно изменить следующие параметры:

• Использование серы (мАч/г) – более узнаваемо, разрядная емкость, выраженная на единицу массы серы. Значение по умолчанию равно 900, что примерно соответствует тому, что мы получаем в типичных тестовых батареях, которые мы создавали в течение последних 18 месяцев. Теоретически это 1672. Литературные значения встречаются повсюду, обычно между 600 и 1000, но иногда сообщалось о значениях ~ 1200 и выше, но реже.
• Среднее напряжение разряда (В) — по умолчанию 2,13, что также характерно для наших элементов. Теоретическая, по свободной энергии образования Гиббса, равна 2,24.
• Содержание серы (мг/см ² ) — Количество серы на положительном электроде. Значение по умолчанию равно 3, что является типичным для нашего текущего исследования и разумным минимальным значением для практической системы. Литературные значения чаще всего составляют от 0,5 до 2, но относительно редко сообщаются значения >4.
• Доля серы (%) — Доля композита положительного электрода, представляющая собой элементарную серу. Оставшаяся фракция обычно представляет собой проводящие добавки и связующие вещества. По умолчанию 65, это то, что мы используем. Литературные значения чаще всего находятся между 40 и 60, при этом сообщается до 80.
• Отношение электролит/сера (мкл/мг) — Отношение объема электролита к массе серы в электроде. Значение по умолчанию — 5, что является наименьшим целочисленным значением, при котором наши клетки работают более нескольких циклов (мы использовали 6 в большинстве наших недавних публикаций). Литературные значения чаще всего не сообщаются, но варьируются от 6 до 100. В нескольких недавних статьях сообщается, что «оптимальное» значение находится между 10 и 20. До сих пор я не видел значений ниже 6 ни в одной опубликованной статье. за исключением статьи Sion Power 2010 года [здесь] — работая в обратном направлении от рисунка в этой статье, описывающего элементы емкостью 2,8 Ач, можно оценить отношение E / S примерно. 2.4 соответствовали батареям со сроком службы ~50 циклов.
• Плотность электролита (г/см ³ ) — не требует пояснений. Значение по умолчанию — 1,09, это то, что я ранее оценил плотность нашего стандартного электролита (1 M LiTFSI, 0,25 M LiNO ₃ , 1:1 DME:DOL — более точное число может быть где-то там).
• Масса сепаратора (мг/см ² ) – по умолчанию 0,894, что соответствует массе пористых полиэтиленовых сепараторов, которые мы использовали в последние годы.
• Толщина лития (мкм) — Толщина литиевого отрицательного электрода. Значение по умолчанию — 50, что приемлемо для практичной батареи. Мы используем литиевую фольгу толщиной 125 и 30 мкм. Литературные ценности встречаются редко. Литиевая фольга продается в широком диапазоне толщин. Наиболее часто используемая фольга в академических лабораториях, вероятно, находится в диапазоне 100–1000 мкм.
• Толщина алюминия (мкм) — Толщина алюминиевого (положительного) токосъемника. Значение по умолчанию — 14, приемлемое для типичных литий-ионных аккумуляторов.
• Толщина меди (мкм) – Толщина медного (отрицательного) токосъемника. Значение по умолчанию — 9, приемлемое для типичных литий-ионных аккумуляторов. Было высказано предположение, что если избыток литиевого отрицательного электрода достаточно высок, он может быть его собственным токосъемником, и поэтому медь не потребуется; плотность металлического лития составляет часть плотности меди и (очевидно) дешевле на единицу площади.

Попробуйте для начала изменить параметры в диапазонах, которые я предложил выше. Есть над чем подумать: насколько высокой будет плотность энергии при значениях в этих диапазонах? Какая часть клетки составляет активную массу (т. е. Li и серу?) Какой самый большой вклад в массу? Что еще нам нужно улучшить, чтобы достичь, скажем, 400 или 500 Втч/кг?

Внимание! Упаковка ячеек (в настоящее время) не включена в эти расчеты! Плотность энергии ячейки, конечно, будет зависеть от массы упаковки. Это частично зависит от формата (размера, типа и т. д.) ячейки. Я бы предположил, что разумная оценка клеточной упаковки составляет около 10% от общей массы клетки, но это всего лишь обоснованное предположение.