Как самостоятельно поднять плотность электролита в автомобильном аккумуляторе — что делать если упала плотность в АКБ
Любой автомобильный аккумулятор является кислотным элементом. В нем содержится раствор серной кислоты определенной плотности. Он выполняет роль катализатора процесса преобразования чистого свинца, его оксида и кислоты в воду и сульфат свинца в процессе разряда и зарядки. Если концентрация кислоты окажется меньше, батарея будет выдавать меньше мощности. В этой статье мы рассмотрим, как поднять плотность электролита и на что она влияет.
Особенности химического процесса в аккумуляторе
В аккумуляторе свинцово-кислотного типа химический процесс стоит в основе его работы. Его интенсивность, в свою очередь, напрямую зависит от конструкции АКБ. В ранних моделях использовался чистый свинец для изготовления электродных решеток и токовых выводов, но это делало их очень мягкими и недолговечными. Для повышения надежности решеток производители стали добавлять в сплав сурьму.
Ее массовая доля составляет не более 6%, что очень важно. Введение данного металла несколько снизило эффективность работы аккумулятора, но сделало решетки долговечнее.
Окисляется свинцово-сурьмянистый сплав исключительно из-за состава электролита. С одной стороны, он играет роль катализатора, обеспечивающего работоспособность реакции. А с другой, при несоблюдении концентрации она приносит вред источнику питания в целом. И на многое влияет именно плотность электролита в аккумуляторе, которая в зависимости от состояния заряда постоянно меняется.
Итак, что мы имеем. Свинцовые отрицательные пластины из сплава на 6% из сурьмы, которые погружены в раствор из воды и серной кислоты, также есть положительные пластины с пастой из оксида свинца. В одном 12-вольтовом аккумуляторе 6 банок, в каждой из которых находится комплект отрицательных и положительных пластин. Банки разделены между собой для исключения короткого замыкания между ячейками. Контактная пара взаимодействует между собой через электролит, который обеспечивает перемещение от одного электрода к другому заряженных частиц при подключении нагрузки.
Соответственно, при разряде выделяются вода и сульфат свинца, а при заряде происходит восстановление электродов до своего исходного состояния.
Почему меняется плотность?
Плотность электролита АКБ напрямую зависит от состояния заряда, и она измеряется в количестве чистой серной кислоты в 1 см3 дистиллированной воды. Постепенно, по мере разрядов и неполной зарядки происходит двойное преобразование химического вещества из одной формы в другую. И обратно реакция протекает не так чисто, как в прямом. Частично сульфат свинца остается и постепенно накапливается на решетках, что приводит к сульфатации пластин. Соответственно, количество чистой восстановленной серной кислоты в аккумуляторе становится меньше на единицу объема воды. Изменяющаяся плотность электролита — это обычный химический процесс, который протекает регулярно во время работы источника питания, но в нем могут возникать определенные нарушения.
Снизить интенсивность изменения плотности электролита в аккумуляторе можно только снижением интенсивности разряда батареи.
Но в автомобиле это предусмотреть тяжело, поэтому остается только правильно эксплуатировать источник питания и в нужный момент производить его нормальную дозарядку. Стоит отметить, что в нормальной АКБ в процессе разряда и заряда плотность изменяется несущественно, но в измеряемых диапазонах. Например, если оставить фары включенными на ночь, то нормальная плотность 1,4 г/см3 снизится до 1,12 г/см3. А это значение практически равно плотности обычной воды, так как в нормальном растворе количество серной кислоты не превышает 35% от общего объема электролита.
Срок службы
Первые несколько лет в аккумуляторе не наблюдается резкого падения плотности, он заряжается каждый раз после разрядки практически полностью. По разным причинам он начинает недозаряжаться или длительное время стоит без зарядки. Вот тут речь идет уже не просто о падении плотности. Произошла реакция выделения осадка, который уже не способен вступить в химическую реакцию восстановления электрода.
Постепенно раствор засоряется этим осадком. Как правило, такое состояние, если в автомобиле с электрикой все в порядке, наступает только после 4-5 лет службы. Если же недозаряд происходит регулярно, то увеличить плотность придется раньше. И делать это можно только с обслуживаемым аккумулятором.
Как измерить плотность АКБ?
Чтобы узнать, насколько следует повысить плотность АКБ, необходимо ее измерить. В домашних условиях сделать это самостоятельно без специального прибора невозможно. Для проделывания всей этой процедуры потребуется:
- ареометр;
- мерный стакан;
- груша для забора раствора из батареи;
- емкость для приготовления нового раствора;
- кислота или специальный корректирующий электролит.
Наберите раствора в грушу, к которой присоединена стеклянная трубка, а внутри находится прибор. Располагать его нужно так, чтобы ареометр не касался стенок трубки. Со шкалы списывается значение. Если плотность оказывается ниже 1,4/см3, то ее нужно повысить.
Сделать это можно добавлением корректирующего электролита. Повторное измерение плотности выполняется после получасовой зарядки и 2-часового простоя в покое.
Как восстановить плотность?
Поднять плотность АКБ можно тремя способами:
- залить новый электролит;
- добавить серную кислоту;
- воспользоваться корректирующим электролитом.
Важно учесть, что серная кислота не испаряется. На это при низких температурах до 140 градусов способна только вода, поэтому при низком уровне следует все же доливать воду, а при недостаточной плотности по прибору — кислоту в чистом виде. Ее количество определяется как доля в %. Например, плотность АКБ составляет 1,12 г/см3. Не хватает буквально 0,28 г/см3. Получается, что в недостающем количестве дистиллированной воды нужно разбавить 25-28% от всего нужного объема кислоты и залить в батарею.
Сохраните эту статью в популярных соц. сетях:
Как устроен автомобильный аккумулятор >
Как поднять плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях
Главная » Новости » Как самостоятельно увеличить плотность электролита в аккумуляторе
Содержание:
- Устройство акб
- Нормальные значения
- Причины падения
- Проверка параметров плотности
- Методы повышения
- Корректирующий электролит
- Выравнивание
- Замена
- Негативные стороны низкой и высокой плотности
- Плотность летом
- Плотность зимой
- Советы и рекомендации
- Заключение
На первый взгляд вопрос как повысить плотность электролита в аккумуляторе кажется простым.
Каждый водитель ответит на него однозначно: слить и залить другой. Можно поднять эту плотность самостоятельно. Чаще всего это и есть правильное решение. Рассмотрим методы поднятия плотности, приведем рекомендации экспертов.
Устройство АКБ
Свинцовые аккумуляторные батареи состоят из емкостей, которые называются банками. В них находится серная кислота, в которую погружены свинцовые пластины. Часто аккумулятор ломается из-за выкипания электролита, изменения его химического состава или сульфации, которая представляет собой растворение пластин.
У каждой батареи есть параметры емкости и заряда. Во время работы двигателя нагрузка идет на генератор, который также подзаряжает акб во время езды. Батарея подключается в момент, когда мощности не хватает.
Необслуживаемые аккумуляторы считаются самыми безопасными. Внутри них нет жидкого электролита. АКБ не выделяют вредных паров, их разрешено использовать где угодно.
Нормальные значения
Свинцово-кислотные акб обладают электролитом в форме раствора серной кислоты в воде.
Если значение падает ниже 1,15 гр/см3, то возникает критическая ситуация. Если авто часто эксплуатируется в суровых условиях, то следует увеличить плотность до 1,29 гр/см3. Кстати, повышение значений требуется не всегда. Каждую ситуацию следует рассматривать индивидуально.
Причины падения
Прежде чем искать актуальные данные, как правильно поднять плотность электролита в аккумуляторе, нужно выяснить причины падения. Это нормальное явление. Чаще всего это происходит по разным причинам:
Разряжение батареи.
Раствор выкипел из-за перезарядки.
Водитель долил дистиллированную жидкость.
После разряда акб падение параметров плотности происходит часто. Значения влияют на качество батареи и на ее способность держать заряд. Именно поэтому необходимо часто замерять показатели, чтобы выявить «неисправность» вовремя. Если водитель будет игнорировать проблему, то пластины внутри аккумулятора быстро разрушатся.
Проверка параметров плотности
Электролит представляет собой жидкость, состоящую из дистиллированной воды.
В ней около 35% серной кислоты. Известно, что во время эксплуатации плотность постоянно меняется. Выяснив, по какой причине возникает низкая плотность электролита в аккумуляторе, водитель должен измерить ее.
Для начала стоит подготовиться к работе. Для процедуры потребуются средства защиты, включая маску, перчатки и защитный костюм. Кроме этого, нужно взять денсиметр. Он выглядит как трубка из стекла с наконечником и грушей, внутри которой находится ареометр.
Инструкция по проведению проверки:
Снятие накопителя.
Демонтаж защиты и выкручивание пробок.
Проверка уровня раствора.
Если акб заряжено, денсиметр помещают в банки и берут оттуда раствор.
Оценка показателей.
Фиксация результатов и определение плотности и уровня заряда.
Однако на необслуживаемых аккумуляторах для контроля используется индикатор, который указывает на уровень плотности в зависимости от цвета.
Методы повышения
У добросовестного водителя батарея всегда заряжена, но никто не застрахован от неприятностей.
Нельзя недооценивать работу аккумулятора в системе. Стабильная работа «движка» зависит именно от заряда АКБ. Существуют несколько методов, как поднять плотность электролита в аккумуляторе. Каждый из них обладает своей сложностью.
Корректирующий электролит
Процедура проводится поэтапно. Главное, соблюсти последовательность. Для работы понадобятся несколько инструментов, в том числе емкости из стекла, груша, ареометр и защитные средства. Также в дополнение к ним берется вода и электролит (корректирующий). Важно, чтобы батарея, прежде чем ее начнут «обрабатывать», находилась в теплом помещении некоторое время.
Инструкция для поднятия плотности:
Для начала следует зарядить батарею не менее 8 часов. Нельзя работать даже со слегка разряженной акб.
После этого потребуется измерить ареометром показатели электролита, которые должны варьироваться от 1,25-1,27 г/см.
Если значения ниже допустимых, то придется частично слить электролит из этих банок.
Далее в банки наливают уже корректирующий электролит.
Количество вещества должно быть вдвое меньше того, что было выкачено.
Чтобы пластины закрылись, после электролита в банку доливают воду.
Аккумулятор ставят заряжать на час, а затем в течение пары часов ожидают смешения жидкостей.
Повторные замеры проводятся еще через несколько часов.
Если повторные замеры дали тот же отрицательный результат, все перечисленные действия повторяют заново. Некоторые автолюбители делают корректирующий электролит самостоятельно. В этом случае сначала заливают дистиллированную воду и только потом кислоту.
Выравнивание
Существует еще один действенный метод поднятия плотности электролита. Он применяется в случае, когда пластины не имеют дефектов, либо при небольшом выпадении кристаллов свинца. Перед работой аккумулятор заряжают малым током. Через 12 часов акб заряжают повторно, используя напряжение 14,6-14,8 В. Этот способ подходит только для исправных устройств.
Также выравнивание проводится в случаях, когда концентрация кислоты снизилась зимой.
Ее восстанавливают с помощью подачи слабого тока. Но в этом случае зарядка длится более 3 суток. Такой метод считается эффективным, особенно если нет возможности восстановить плотность другими способами. Содержимое аккумулятора закипает. Об этом свидетельствуют мелкие пузырьки на поверхности. Концентрация кислоты увеличится в момент, когда произойдет испарение избытка жидкости. Но количество наполнителя уменьшится, а значит, нужно будет влить готовый аккумуляторный раствор. С помощью прибора ареометра измеряют все показатели. Если они низкие, то процедуру повторяют снова.
Замена
И последним способом, как увеличить плотность электролита в аккумуляторе, является замена. На практике бывают случаи, когда параметр опускается ниже 1. Это значит, что без полной замены электролита не обойтись.
Сначала следует произвести откачку жидкости из банок. Для большего удобства следует закрыть их и перевернуть. На дне банок сверлят небольшие отверстия, чтобы слить остатки. После промывки аккумулятора водой следует запаять дыры кислотной пластмассой.
После проведения всех манипуляций приступают к заливке свежего электролита. Его можно приготовить своими руками. Для этого смешивают аккумуляторную кислоту с дистиллированной водой. Главное, соблюдать последовательность. Смешение производят до момента, пока плотность не достигнет определенных значений.
Иногда бывают ситуации, когда аккумуляторы совершенно не имеют никакой плотности. Это случается после глубокой сульфации.
Негативные стороны высокой и низкой плотности
Иногда плотность электролита не снижается, а возрастает. Это также отрицательно влияет на состояние батареи. Высокая плотность провоцирует разрушение пластин. Они расщепляются из-за агрессивного воздействия кислоты. АКБ выходит из строя. Низкая плотность, наоборот, не дает заряду удерживаться из-за падения емкости. Если внутри высокая концентрация воды, то эксплуатация в зимних условиях невозможна из-за кристаллизации.
Плотность подбирают, основываясь на регион проживания и время года.
Плотность летом
В летние месяцы и в жаркий зной акб не достает влаги. Это означает, что высокая плотность негативно влияет на пластины внутри устройства. Именно поэтому допускается ее понижение на 0,02 г/см3.
В жару температура под капотом довольно высокая. Это происходит из-за испарения воды из кислоты и протекания химпроцессов внутри батареи. Получается, что уровень электролита падает, но плотность из-за этого повышается. Это провоцирует разрушение электродов коррозией. Таким образом, если в летние месяцы уровень жидкости в АКБ снижается, то водителю следует добавить воды. В противном случае, это грозит сульфацией.
Плотность зимой
Перед началом холодов водителю следует проверить заряд батареи и плотность электролита. Чтобы зимой не было проблем с запуском «движка», эксперты советуют провести утепление капота. Желательно сменить моторное масло на синтетическое.
Если водитель живет в регионе с умеренным климатом, то плотность электролита должна быть 1,27.
Если температура на улице чаще всего держится на отметке -35°С, то плотность должна быть 1,28. Иначе запуск двигателя будет сложным. Многие автолюбители не знают, что при значении 1,09 аккумулятор замерзает полностью уже при -7°С.
Если на улице t ниже 20°С, то не нужно запускать мотор сразу. Сначала следует включить дальний свет, чтобы акб «пробудилась». Такие процессы запускают разогрев электролита.
Если плотность акб низкая, то не нужно искать сразу корректирующий раствор. Лучше всего поднять значения с помощью зарядного устройства. К примеру, короткие поездки, менее 30 минут, не дадут электролиту нагреться до нормальных значений. Соответственно, с каждый днем заряд будет снижаться, а плотность уменьшаться.
Эксперты не советуют проводить манипуляции самостоятельно, но допускают корректировку водой.
Советы и рекомендации
Как повысить плотность в аккумуляторе автомобиля — для этого есть как минимум три способа. Но, чтобы процедура прошла правильно, необходимо соблюдать несколько правил.
Во-первых, замеры стоит проводить только при T= 20-25°С. Все значения следует замерять только при полном заряженном аккумуляторе. Во-вторых, для корректировок берут определенный раствор. Запрещено заливать кислоту с более насыщенной концентрацией. В-третьих, корректировка нужна для каждой банки. При этом значения в них не должны разниться на 0,01. Пластины должны быть погружены в жидкость на 2 см максимум.
Иногда водитель не может никак сравнять плотность в разных банках. Обычно, это возникает из-за полной неисправности батареи. По этой причине он не может удерживать плотность. Если после процедуры значения падают и после зарядки не нормализуются, то следует заменить батарею.
Заключение
Поднять значение плотности электролита можно самому. Для этого было придумано несколько способов. Но если автолюбитель переживает за результат, то ему следует обратиться в СТО. Неправильно проведенная процедура приведет к полной разрядке акб и выходу ее из строя.
| Твитнуть |
Как поднять плотность электролита в аккумуляторе
Одним из главных параметров для автомобильного аккумулятора, который напрямую влияет на срок его службы – производительность и способность держать заряд является плотность электролита.
Сразу же после приобретения новой батареи, это значение соответствует заявленному производителем для конкретной климатической полосы. При его выборе на это нужно обращать особое внимание, поскольку электролит также, как и моторное масло, предназначен для конкретных температур.
Совет! Как приготовить электролит для аккумулятора.
Так, аккумулятор, плотность электролита в котором высока, может легко использоваться при сильных морозах, обеспечивая сохранение заряда и нормальный, уверенный пуск двигателя. В то же время батарея, плотность электролита в которой низкая можно использовать лишь в теплом климате. Низкая плотность батареи грозит не только плохим пуском при отрицательной температуре, но и постоянным недозарядом, что для любого аккумулятора является серьезным моментом для снижения срока его эксплуатации.
Содержание статьи
- Замеряем плотность электролита правильно
- Алгоритм замера
- Какие показатели плотности требуются для зимы
- Почему меняется плотность электролита
Замеряем плотность электролита правильно
Не секрет, что в процессе эксплуатации аккумулятора количество и плотность электролита меняется, поэтому автомобилисту приходится постоянно контролировать эти параметры самостоятельно.
Для этого проводится техническое обслуживание АКБ. При этом важно, чтобы обслуживание проводилось правильно. Так, далеко не каждый автовладелец знает, что такой показатель, как плотность электролита в аккумуляторе измеряется лишь на полностью заряженной батарее.
Т. е. замерить ее, не снимая АКБ с машины нельзя, поскольку автомобильная система заряда батареи не в состоянии зарядить ее на 100%. Кроме того, прежде всего нужно проверить и откорректировать уровень электролита. Это важно по той причине, что в процессе эксплуатации батарея нагревается, и происходит испарение воды из электролита, а более тяжелая кислота остается. Этот момент также негативно сказывается на состоянии внутренних пластин, поэтому нужно периодически добавлять в раствор именно воду, доводя объем электролита до нормы.
После восстановления объема аккумулятор необходимо полностью зарядить. Для этого используются зарядные устройства с возможностью регулировки силы зарядного тока. Поскольку перед тем, как измерить плотность электролита в аккумуляторе, его необходимо на 100% зарядить, целесообразно использовать ток небольшой величины, но длительное время, к примеру, в течении всей ночи.
Лишь после окончания цикла заряда, отключения АКБ от источника напряжения и «отдыха» батареи не менее 6-ти часов можно приступать к измерению – результаты будут точно соответствовать действительности.
Алгоритм замера
Совет! Рекомендованная частота проверки состояния аккумулятора – 1раз/3 месяца, с обязательными промежуточными замерами напряжения на выводах.
Непосредственно сам замер начинается с демонтажа, очистки и визуального осмотра корпуса. После этого потребуется приготовить прибор для измерения плотности электролита и полую стеклянную трубочку, требующуюся для контроля уровня имеющегося в батарее раствора. Перед замером аккумулятор ставится на ровную поверхность, из него выкручиваются все пробки. Стеклянная трубочка опускается в одну из банок, свободный конец ее зажимается пальцем и извлекается для оценки. Нормальным уровнем считается 12-15 см. Если он ниже – требуется долить дистиллированной воды.
После этого аккумулятор полностью заряжается. Как правило, на это требуется ночь, а величина зарядного тока не должна превышать 1-1,5 А.
С утра, когда батарея отключена от зарядного устройства, необходимо выждать 4-6 часов, после чего можно замерять плотность электролита автомобильного аккумулятора. Перед тем как измерить плотность электролита в аккумуляторе ареометром, желательно приготовить либо таблицу значений, либо инструкцию к данной модели батареи, где указаны конкретные значения плотности для различных регионов нашей страны. В дальнейшем берется ареометр, сжимается его резиновая груша для вытеснения воздуха, наконечник погружается в первую банку и необходимое количество раствора набирается в прибор.
После извлечения из батареи можно приступать к оценке результатов. Первое, что оценивается – это положение поплавка. Прибор имеет три цветовых зоны, из которых зеленая соответствует норме. Для более подробных данных можно использовать градуированную шкалу, по которой можно измерить плотность электролита в г/см3. Это значение должно составлять 1,25-1,27 для центральных регионов страны, где возможны достаточно сильные морозы.
Но для регионов Крайнего Севера такого значения может не хватить, и его, как правило, немного повышают. После измерения в первой банке, аналогичным образом проверяются все оставшиеся. Показания в них должны быть одинаковыми или отличаться минимально. Оценивая результаты важно держать ареометр на уровне глаз, в противном случае можно ошибиться, считывая значения с мелкой шкалы. О правильной последовательности работ можно посмотреть на видео:
Какие показатели плотности требуются для зимы
Естественно, что плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом несколько отличается. В норме зимой она должна быть выше, летом можно использовать менее концентрированный раствор. Это связано не только с возможностью банального замерзания, но и с ускоренным саморазрядом батареи, а также большими нагрузками. К примеру, чтобы обеспечить стартеру возможность провернуть коленвал в загустевшем на морозе масле, аккумулятору «приходится» выдавать ток максимальной величины.
Поэтому плотность электролита зимой должна быть выше.
Не следует чрезмерно завышать значения плотности заливаемого в аккумулятор электролита, поскольку после полной зарядки батареи это значение и без этого возрастет на 0,1-,03 г/см3. Если есть сомнения относительно того, какая плотность электролита в аккумуляторе зимой считается нормальной, выручит все та же инструкция к самому аккумулятору – там дано правильное значение с учетом не только климатического региона, но и технических особенностей самой батареи. Если после проверки оказывается, что плотность не соответствует норме, ситуацию следует исправлять, а не оставлять как есть – это чревато разрядом аккумулятора на морозе.
Для многих автовладельцев вопрос – как поднять плотность электролита в аккумуляторе – является непонятным и сложным, хотя на деле ничего сверхординарного в этом нет. Чтобы повысить значение раствора до нормы потребуется запастись концентрированным электролитом и чистой дистиллированной водой.
Перед тем как повысить плотность электролита в аккумуляторе рекомендуется разбавить концентрат водой. Занимаясь этим самостоятельно следует вначале налить в чистую емкость воды, и лишь потом понемногу добавлять в нее кислоту. Сделав наоборот можно получить реакцию, схожую с взрывом, в результате чего гарантированы химические ожоги.
После того как раствор для добавления готов, его можно заливать в аккумулятор. Делать это нужно понемногу, соблюдая предельную осторожность. Естественно, что работать нужно только в защитных перчатках и очках. Добавив свежий электролит, необходимо подключить аккумулятор к зарядному устройству на полчаса, чтобы весь раствор внутри батареи тщательно перемешался за счет газовыделения. После этого значение плотности в каждой банке перепроверяется, и при необходимости корректируется вновь.
Совет! Стоит отметить, что прибор для измерения плотности электролита в аккумуляторе после каждой серии замеров следует обильно промыть дистиллированной водой чтобы исключить получение неточных данных.
Почему меняется плотность электролита
При эксплуатации аккумулятора он подвергается достаточно сильному нагреву – как со стороны атмосферы, так и со стороны работающего двигателя. естественно, что при этом активно начинает испаряться вода из электролита. Кислота при этом остается на месте. Во время проведения обслуживания водитель доливает воду, и плотность АКБ восстанавливается. После этого обновленный раствор замеряется ареометром. Это в идеале. На практике многие ограничиваются простым доливом, а в ряде случаев используется даже не вода, а концентрат. Это является ответом на вопрос почему падает плотность электролита в аккумуляторе, или же она, наоборот, повышается. Повысить плотность можно и в том случае, если используется неисправный ареометр.
Если не поднимается плотность электролита при зарядке, это является верным признаком того, что его пора заменить – частично или полностью. Оставлять батарею «как есть» в этом случае нельзя, поскольку она полностью разрядится в любой момент.
Кроме того, неправильная плотность – как низкая, так и высокая, одинаково вредна АКБ, существенно снижая срок ее эксплуатации. Отсюда можно сделать простой вывод – измерение плотности электролита в аккумуляторе следует проводить каждый раз после зарядки батареи. Это не занимает много времени, но эффект от постоянного наличия в батарее достаточного количества электролита с нормальной плотностью не заставит себя ждать – легкий пуск двигателя в любой мороз и стабильная работа всей электроники в автомобиле гарантированы.
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 рекомендации
Важно 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 инструкция
Производим 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 плотности
Если 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.
Плотность электролита в аккумуляторе — способы повышения плотности электролита
Аккумуляторная батарея – один из основных элементов автомобиля, отвечающих за пуск двигателя. Значение аккумулятора сложно переоценить, ведь без него невозможно завести мотор, а, значит, машина своим ходом передвигаться не сможет. Именно поэтому АКБ требует к себе особого внимания, исключающего возникновение неприятных ситуаций в виде невозможности совершить запланированную поездку. При этом стоит отметить, что для поддержания работоспособности это важного источника питания не требуется предпринимать каких-то сверхусилий, а достаточно выполнять лишь небольшой комплекс профилактических мер.
Свинцовая аккумуляторная батарея представляет собой гальванический элемент, внутри которого химическая энергия в результате протекающих реакций преобразуется в электрическую.
Этот процесс невозможен без электролита – раствора кислоты, обеспечивающего движение заряженных частиц между погруженными в него электродами. Как правило, электролит представляет собой водный раствор серной кислоты определенной плотности. Именно такой параметр как плотность электролита оказывает значительное влияние на работоспособность аккумулятора, поэтому периодически его нужно контролировать.
Измерение плотности электролита в аккумуляторе
Измерить плотность залитого в свинцовый аккумулятор электролита не так уж сложно, однако есть определенные нюансы, связанные с особенностями устройства и принципом работы АКБ. Перечислим некоторые важные моменты, которые надо учесть:
- Осуществить процедуру измерения плотности получится только в случае с так называемым обслуживаемым аккумулятором, который предоставляет доступ к банкам (секциям) с электролитом посредством закрытых крышками заливных отверстий. Как раз через эти отверстия (обычно их число равно шести, как и количество секций) и осуществляется забор состава для замера плотности.
- В процессе своей работы автомобильная аккумуляторная батарея постоянно заряжается и разряжается. Разряд происходит при прокручивании стартера, а заряд – при уже заведенном двигателе от генератора. В зависимости от степени заряженности меняется и плотность электролита. Значения могут колебаться в пределах 0.15-0.16 г/см3. Важно отметить, что автомобильный генератор не способен полностью зарядить аккумуляторную батарею. При штатной работе на машине потенциал АКБ используется только на 80-90%. Полный заряд может обеспечить только внешнее зарядное устройство, к которому обязательно придется прибегнуть перед осуществлением замера плотности электролита.
- Плотность электролита зависит от его температуры. Обычно замер производится при температуре +25 °С, в противном случае делаются поправки.
Допустим, все вышеперечисленные условия приняты во внимание, и есть возможность приступить непосредственно к замеру плотности. Для этого понадобится специальный прибор – денсиметр, который состоит из ареометра, резиновой груши и стеклянной трубки с наконечником.
Прибор вводится в банку аккумулятора через заливное отверстие, а затем осуществляется засасывание электролита с помощью резиновой груши. Оно происходит до тех пор, пока ареометр не всплывет. Показания считываются после того, как прекратятся колебания ареометра и появится возможность определения точного значения. Отсчет показаний производится по шкале, при этом взгляд должен находиться на уровне поверхности жидкости.
Полученное значение должно входить в диапазон 1.25-1.27 г/см3, если автомобиль эксплуатируется в средней полосе. В холодной климатической зоне (средняя месячная температура января ниже -15 °С) показатель должен находиться в интервале 1.27-1.29 г/см 3. Проверять плотность электролита на соответствие этим числам нужно в каждой из шести банок аккумулятора. Показания не должны отличаться более чем на 0.01 г/см3, иначе потребуется их корректировка.
Как мы уже говорили, плотность электролита изменяется в зависимости от температуры. Это значит, что зимой и летом жидкость в одном и том же полностью исправном аккумуляторе будет иметь разную плотность.
О том, насколько будут разниться показания, дает представление приведенная ниже таблица.
Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности демонстрирует еще одна таблица. На основе этих данных можно установить оптимальную плотность электролита для конкретных климатических условий. Нижняя граница подобранного интервала должна гарантировать, что электролит не замерзнет даже при самых сильных холодах и обеспечит требуемое для прокручивания стартера усилие. В то же время чрезмерно завышать плотность тоже нельзя, так как на положительных электродах аккумулятора начинают ускоряться коррозионные процессы, приводящие к сульфатации пластин.
Причины изменения плотности электролита
Зафиксированные в результате измерения плотности значения не всегда соответствуют требуемым показателям. Расхождения могут касаться как отдельных банок аккумулятора, так и всех вместе. Если плотность завышена, то нужно обратить в первую очередь внимание на уровень электролита. Низкий уровень в большинстве случае является последствием электролиза, приводящего к разложению входящей в состав электролита воды на водород и кислород.
Этот процесс выражается в появлении на поверхности жидкости пузырьков, что обычно происходит при зарядке аккумулятора. Частое «кипение» может приводить к снижению концентрации воды, и этот вопрос решается ее простым добавлением. Доливать в аккумулятор стоит только дистиллированную воду, контролируя при этом уровень электролита. Подробнее о корректировке плотности электролита поговорим ниже.
Если с повышенной плотностью все ясно, то с пониженной ситуация несколько сложнее. В теории, одной из причин понижения плотности, может быть то, что по какой-то причине в электролите уменьшилась доля серной кислоты. Однако на практике это маловероятно, так как сама по себе она обладает высокой температурой кипения, исключающей испарение даже при интенсивном нагреве, который происходит, например, при зарядке аккумуляторной батареи. Более распространенной причиной снижения плотности электролита является так называемая сульфатация пластин, заключающаяся в образовании на электродах сульфата свинца (PbSO4).
На самом деле, это естественный процесс, происходящий при каждом разряде АКБ. Но дело в том, что при нормальном режиме работы после разряда аккумулятора обязательно происходит его заряд (на автомобиле аккумулятор постоянно подзаряжается от генератора). Заряд сопровождается обратным преобразованием сульфата свинца в свинец (на катоде) и двуокись свинца (на аноде) – в те активные вещества, которые составляют основу электродов и непосредственно участвуют в химическом процессе внутри аккумуляторной батареи. Если АКБ находится длительное время в разряженном состоянии, сульфат свинца кристаллизуется, безвозвратно теряя способность участвовать в химических реакциях. Это очень неприятный процесс, в результате которого аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства ввиду того, что не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений.
По сути, здесь уже идет разговор об устранении нарушений в нормальном функционировании аккумулятора.
Частичную сульфатацию пластин можно устранить с помощью контрольно-тренировочных циклов, заключающихся в заряде и последующем разряде батареи до определенного уровня. Большинство современных зарядных устройств имеют такую функцию, поэтому имеет смысл ей воспользоваться, особенно если аккумулятор по какой-то причине долго находился в разряженном состоянии. Процедура десульфатации весьма длительная и может занять до нескольких дней. Если она не принесла результата, то крайней мерой является увеличение плотности с помощью добавления корректирующего электролита (плотность около 1.40 г/см3). Такой способ можно рассматривать только как временное решение проблемы, потому что причина как таковая не устраняется.
Как поднять плотность электролита
Понизить или повысить плотность электролита в аккумуляторе можно путем откачивания его определенного количества, и долива взамен дистиллированной воды или электролита с повышенной плотностью (корректирующего).
Данная процедура требует больших временных затрат, так как цикл откачки-долива может повторяться несколько раз, пока не будет достигнуто требуемое значение. После каждой корректировки необходимо поставить аккумулятор на зарядку (минимум на 30 минут), а затем дать ему постоять (0.5-2 часа). Эти действия необходимы для лучшего перемешивания электролита и выравнивания плотности в банках.
В процессе поднятия (или понижения) плотности электролита не стоит забывать и о контроле его уровня. Он осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до тех пор, пока не упрется в предохранительную сетку. Далее верхний конец закрывается пальцем, а сама трубка осторожно поднимается вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбика указывает на расстояние от верхней кромки пластин до поверхности залитого электролита. Оно должно составлять 10-15 мм. Если аккумулятор имеет индикатор (тубус) или прозрачный корпус с нанесенными метками минимума и максимума, то контролировать уровень значительно проще.
Не стоит забывать, что все операции с электролитом необходимо выполнять осторожно, используя защитные перчатки и очки.
Как измерить плотность электролита – видео
Как поднять плотность электролита в аккумуляторе? — Блог
Сегодня без труда можно найти целую кипу материалов о том, как поднять плотность электролита в аккумуляторе автомобиля. К сожалению, обычный пользователь в 99% случаев наталкивается на советы о доливке или замене электролита. В итоге этот метод закрепляется в памяти, как единственно эффективный, и многие применяют его на практике. В результате вернуть аккумулятор к жизни не получается такими методами ни у кого, и пользователи поголовно покупают новый. Задача этого материала — объяснить простыми словами, что такое плотность, почему она может быть низкой, как её правильно повысить, и как делать не стоит.
- Что такое плотность электролита?
- Основные причины низкой плотности электролита
- Способы поднять плотность электролита
Что такое плотность электролита?
Электролит в АКБ — это растворённая в дистиллированной воде (H2O) серная кислота (PbSO4).
Плотность воды почти равна 1 г/см3. Если измерить её автолюбительским ареометром, то его поплавок полностью всплывёт, и покажет значение близкое к единице (если вода реально чистая). Плотность концентрированной серной кислоты составляет 1,83 г/см3. Если измерить её тем же ареометром, то его поплавок полностью «утонет» и покажет соответствующее значение.
Плотность электролита — это показатель того, сколько серной кислоты растворено в воде. Чем больше кислоты, тем выше плотность, и наоборот. В исправном аккумуляторе этот показатель может варьироваться в диапазоне 1,11…1,28 г/см3.
Данная цифра зависит от нескольких факторов. В первую очередь, от степени заряженности аккумулятора. Если батарея заряжена на 100%, то плотность составляет 1,26…1,28 г/см3. Соответственно, если разряжена, что называется, в ноль (но не мёртвая совсем), ареометр показывает 1,10…1,11 г/см3. Если же аккумулятор совсем дохлый, например, в нём есть закороченные «банки», то именно в них может быть практически чистая вода без кислоты.
То есть, плотность стремится к единице.
Как это работает на практике, и куда «отлучается» кислота из электролита, понижая его плотность? Проще всего это объяснить по вот этой упрощённой дальше некуда формуле:
Pb + PbO + H2SO4 — PbSO4 + H20,
где:
Pb — это чистый свинец, из которого сделаны «минусовые» пластины АКБ;
PbO — оксид свинца, или «плюсовые» пластины АКБ;
H2SO4 — кислота, которая есть в электролите;
PbSO4— сульфат свинца, который образуется на пластинах АКБ в виде бело-серых кристаллов;
H20 — вода.
Если читать эту формулу слева направо, то мы увидим процесс разряда аккумулятора. Кислота взаимодействует с пластинами, благодаря чему с выводов АКБ мы получаем электроэнергию. На пластинах образуется сульфат свинца в виде кристаллов, а электролит постепенно «теряет» кислоту, превращаясь в воду.
Его плотность, соответственно, снижается.
Если читать формулу справа налево, то мы увидим процесс заряда аккумулятора (от генератора или зарядного устройства). Под воздействием электрического тока сульфаты свинца разрушаются, и в электролит возвращается кислота. Его плотность, соответственно, повышается.
Диванные эксперты скажут, что это неполная формула и слишком примитивное объяснение процессов, происходящих в АКБ. И это тот редкий случай, когда они будут правы. Но мы не химики, а автолюбители. И сейчас наша задача — поднять плотность электролита. А изложенной информации более, чем достаточно, чтобы решить эту задачу адекватными методами.
Основные причины низкой плотности электролита
Низкая плотность электролита — это когда в нём недостаточно кислоты. Поплавок ареометра «всплывает», и не «тонет» до зелёной зоны на шкале. Где «прячется» кислота, мы уже знаем — она превращается в сульфат свинца, и откладывается в виде кристаллов на пластинах аккумулятора.
Как же поднять плотность, то есть, заставить кислоту «вернуться» в электролит и раствориться в воде?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо сначала выяснить, почему плотность электролита низкая. Если аккумулятор не переворачивали, не роняли, и из него ничего не проливалось — причин может быть только четыре. Рассмотрим их.
Аккумулятор разряжен
Разряд аккумулятора и снижение в результате плотности электролита — это нормальные процессы, благодаря которым мы и можем запускать двигатель. Чем больше энергии отдаёт АКБ, тем больше кислоты превращается в сульфат свинца, и тем сильнее падает плотность в ячейках. По плотности даже можно узнать, на сколько процентов разряжен или заряжен аккумулятор. Поэтому, первая причина низкой плотности — АКБ разряжена или заряжена неполностью (здесь как с наполовину пустым или полным стаканом).
Аккумулятор заряжен неправильно
Многие зарядные устройства имеют крайне примитивную схемотехнику, и заряжают аккумуляторы неправильно.
Одни приборы завышают напряжение. Другие не умеют его поддерживать на нужном уровне. Третьи не могут ограничивать зарядный ток. В результате использования таких зарядных устройств аккумуляторы, в принципе, заряжаются. Но не на 100%.
Например, если не ограничивать ток заряда, и он будет слишком большим для конкретной модели АКБ, первая стадия зарядки пройдёт быстрее, чем положено. Но энергии аккумулятор накопит меньше, чем он вообще может. То есть, под воздействием тока не весь сульфат свинца успеет раствориться в воде, и повысить плотность электролита.
Если же в зарядном устройстве отсутствует стабилизация напряжения или оно даёт его слишком высокое, аккумулятор раньше времени начинает «кипеть». «Кипение» электролита — это процесс электролиза, в ходе которого вода распадается на кислород и водород, и эти вещества в газообразном состоянии безвозвратно покидают аккумулятор. В итоге, помимо того, что падает уровень электролита, не успевает подняться до нормы его плотность.
Хотя, если измерить плотность, не доливая сначала потерянную из-за электролиза воду, то ареометр может показать даже завышенные цифры.
Также уже здесь, наверное, скажем, что сразу после доливания воды в АКБ измерять плотность бессмысленно. В верхних слоях, откуда мы берём электролит ареометром, будет априори низкая концентрация кислоты. Об этом многие не знают, или забывают, из-за чего преждевременно начинают паниковать.
Всякие дешёвые зарядные устройства, позиционирующиеся, как автоматические, поголовно прекращают процесс зарядки слишком рано. То есть, они не заряжают АКБ до 100%. В результате на пластинах ещё остаётся сульфат свинца, часть кислоты в электролит не возвращается, а значит и плотность его не поднимается до нормы.
Неправильный заряд АКБ — это одна из распространённых причин низкой плотности электролита.
Сульфатация
В принципе, сульфатация в чистом виде — это такой же нормальный процесс для АКБ, как заряд и разряд. Но чаще всего этим термином обозначают так называемую необратимую сульфатацию. Это когда сульфат свинца не разрушается, и часть кислоты не возвращается в электролит.
Происходит такое сплошь и рядом, а причин может быть, как минимум, две.
Первая причина, и она более распространена, случается тогда, когда аккумулятор долгое время находится в полностью или наполовину разряженном состоянии. В результате такой эксплуатации кристаллы солей свинца увеличиваются в размерах, и в процессе последующих зарядок разрушаются неполностью. Чем чаще и глубже аккумулятор пребывал в разряженном состоянии, тем больше и твёрже на его пластинах «налипает» нерастворимые или труднорастворимые сульфаты. То есть, часть кислоты не возвращается в электролит, даже если мы заряжаем АКБ правильно. Плотность, соответственно, не поднимается до нормы. А ещё при сульфатации аккумулятор накапливает меньше энергии, а значит снижается его ёмкость. Пусковые токи, кстати, тоже «слабеют».
Вторая распространённая причина сульфатации — это длительная эксплуатация АКБ с низким уровнем электролита. То есть, когда свинцовые пластины, на которых уже, как правило, есть сульфаты, внезапно «оголяются», и долго находятся вне электролита.
Понятно, что накопленные в таких зонах сульфаты там и остаются. Более того, чем дольше они там «висят», тем прочнее и труднорастворимее они становятся. В итоге, даже когда мы доливаем воду, чтобы восполнить уровень электролита, пострадавшая от «жажды» часть пластин оказывается уже нерабочей, либо крайне неэффективной.
Сульфатация — это частая причина заниженной плотности электролита.
Неравномерная плотность электролита
Последняя причина низкой плотности, о которой ещё лет 20 назад никто не сталкивался — это неравномерная плотность. На практике проблема выглядит следующим образом. Когда мы заряжаем аккумулятор, плотность электролита, который находится непосредственно возле активной зоны пластин, повышается. Над пластинами же, откуда мы набираем электролит в ареометр, плотность заниженная, так как в этой зоне вышеописанные процессы не проходят.
Раньше это не было проблемой, так как все аккумуляторы поголовно «закипали» даже при нормальном напряжении бортовой сети или ЗУ.
Электролит активно бурлил, и нижние его слои смешивались с верхними. В результате плотность электролита выравнивалась по всему объёму ячеек и, набирая его в ареометр, мы получали удовлетворяющие нас показания. Проблема была только в том, что «кипение» является не очень полезным эффектом для АКБ. Как минимум потому, что из электролита в газообразном виде улетучивается водород и кислород, который до этого был водой. В итоге аккумуляторы сплошь и рядом эксплуатировались с низким уровнем электролита, что нехорошо отражалось на их ёмкости и ресурсе.
Сегодня эта проблема решена. Пластины современных АКБ сделаны так, что электролиз («кипение») в них начинается при напряжении, значительно превышающем норму. То есть, при обычном напряжении ЗУ или бортовой сети электролит «не кипит» никогда. Это позволило уменьшить случаи эксплуатации с низким уровнем электролита, и избавило автолюбителей от надобности постоянно доливать в АКБ дистиллированную воду. Более того, часть аккумуляторов и вовсе остались без заливных пробок, и в народе их окрестили необслуживаемыми.
Одну беду побороли, но вторая пришла. Электролит во время правильной зарядки АКБ теперь «не кипит», а значит и не перемешивается. Отсюда и возникает проблема с низкой плотностью. В «дебрях» аккумулятора она, может быть, и нормальная. А вот там, где мы забираем электролит ареометром, она ниже. Более того, если электролит разной плотности так и не смешивается, в аккумуляторе происходит так называемая стратификация. То есть, простыми словами, расслоение электролита. Это тоже проблема, которой раньше не было, а сегодня она уже частично решена.
Способы поднять плотность электролита
Все вышеописанные четыре причины в большинстве случаев — устраняемы. Но это только при условии, что вы знали о них, и своевременно принимали соответствующие меры. Чаще же всего на низкую плотность обращают внимание, когда поднять её адекватными, то есть, естественными методами — сложно или даже невозможно. И тогда люди начинают чудить — сливать электролит, заливать новый, доливать концентрированную кислоту, сверлить необслуживаемые АКБ, чтобы проделать всё вышеперечисленное…
Так делать не стоит.
Разве только ради спортивного интереса. Положительного результата эти действия не принесут, и вы, всё равно, купите новый аккумулятор. Если же ещё не поздно, и ваш аккумулятор ещё не отдал концы, плотность электролита можно повысить нормальными методами. С ними вы сейчас и познакомитесь.
Даже если у вас ничего не получится, и всё закончится покупкой нового аккумулятора, вы будете знать, как его правильно эксплуатировать, и уже он то прослужит вам положенные 5…7 лет.
Своевременная зарядка аккумулятора
Это самое главное правило эксплуатации АКБ, которое поможет не сталкиваться никогда с низкой плотностью электролита. Заключается оно в том, что уровень заряда аккумулятора следует стараться поддерживать выше отметки в 65…75%. Как только разрядился больше указанного — подзарядите. Случился глубокий разряд? Как можно быстрее зарядите. Затем выясните и устраните причину, из-за которой батарея высадилась в ноль.
Самый простой способ контролировать уровень заряженности АКБ — это замер напряжения на клеммах.
Если мультиметр или бортовой вольтметр показывает меньше 12,30 В — надо подзарядить. Всё просто. Но есть одна важная особенность. Оценивать уровень заряженности АКБ по напряжению можно только после того, как она постоит без дела 8…12 часов. Сразу после зарядки от ЗУ или генератора это делать бессмысленно, так как напряжение всегда будет завышенным и практически ни о чём не говорящим.
Обычно, если аккумулятор «живой», на борту присутствует не менее 14,2…14,7 В, машина ездит каждый день более, чем по часу, на улице не зима, а ток утечки в норме — подзаряжать ничего не приходится. Если же в вашем случае эти условия не выполняются, контролируйте уровень заряженности АКБ по утру хотя бы раз в неделю. Со временем, когда вы проделаете контрольные замеры несколько раз, вы будете на уровне интуиции знать, как часто ваш аккумулятор требует внимания.
Правильная зарядка АКБ
Правильно зарядить аккумуляторную батарею можно только двумя способами. Первый — купить реально толковое зарядное устройство, которое выдаёт нормальное стабильное напряжение, ограничивает ток, не вырубается раньше времени, обманывая, что АКБ заряжена на 100%.
Стоят такие ЗУ недёшево, а среди дорогих попадаются «пустышки». Но хорошие есть. Это точно. Второй способ — подзаряжать аккумулятор при помощи регулируемого блока питания. При таком подходе вы сами будете решать, каким током и напряжением заряжать, и когда прекращать процесс.
Что в случае с хорошими ЗУ, что с регулируемыми блоками питания — оптимальный алгоритм зарядки выглядит следующим образом:
- На начальной стадии ток не должен превышать 10% от реальной ёмкости
- Напряжение на клеммах АКБ не должно превышать 14,4 В.
- Заряжать аккумулятор надо до тех пор, пока при указанном напряжении ток заряда не снизится до 0,1 А.
Для зарядки современных кальциевых АКБ в этот алгоритм следует добавить ещё один шаг, но о нём немного позже.
*Реальная ёмкость — это те ампер-часы, которые в действительности способен накопить ваш аккумулятор, а не те, что написаны на этикетке. Её можно измерить специальными приборами.
Делается это для того, чтобы не жарить АКБ, на которой написано 60 А*ч, током 6 ампер, когда реально в ней не более 40…50 А*ч. Такое может быть как с новым аккумулятором, и гарантированно есть, если ему несколько лет.
Десульфатация или тренировка
Десульфатация или тренировка (что одно и то же) — это принудительное разрушение сульфатов свинца, которые не растворяются в ходе нормальной зарядки АКБ. Достигается несколькими методами, в частности, путём зарядки малыми токами, циклических зарядов-разрядов, а также зарядкой с кратковременной разрядкой. К сожалению, к десульфатации прибегают уже тогда, когда она аккумулятору, как мёртвому припарки. То есть, когда кристаллы сульфата свинца настолько «бронированные», что разрушить их не может даже самое умное в мире зарядное устройство.
Как выполнить десульфатацию, если у вас в наличии нет «умной» зарядки, но есть регулируемый блок питания или ЗУ с регулировками напряжения и тока? Самый простой способ представляет собой последовательность следующих шагов:
- Ограничьте ток заряда до 5% от реальной ёмкости АКБ (опять же, чем ток меньше, тем лучше, но процесс затянется по времени).
- Напряжение должно быть не более 14,4 В.
- Подготовьте обычную (не светодиодную) 12-вольтовую лампу с проводами.
- Заряжайте АКБ, не превышая указанные напряжение и ток.
- Раз в 10…30 минут (как позволяет время и желание) нагружайте на 3…5 минут АКБ лампой.
- Продолжайте заряд, пока при напряжении 14,4 В ток заряда не снизится до 0,1 А.
- Разрядите АКБ и повторите весь цикл ещё разок-другой (если сульфатация жёсткая, что видно по светло-серым пластинам).
В принципе, положительные результаты даёт даже тренировка без лампочки. То есть, обычная зарядка пониженными токами, затем разрядка и повторение процедуры. Как правило, при каждой следующей зарядке процесс будет проходить заметно дольше. Это означает, что сульфатов стало меньше, и батарея способна накапливать больше энергии (повышается ёмкость).
Если десульфатация увенчалась успехом, то и плотность неминуемо повысится. При этом всё, что придётся доливать в АКБ, это исключительно дистиллированную воду.
И то, только если в этом есть необходимость.
Перемешивание электролита
Проблема эта многим известна и достаточно легко устраняется без танцев с бубном. Одни производители частично решили её внесением новшеств в конструкцию АКБ. В таких аккумуляторах есть элементы, способствующие перемешиванию электролита во время движения автомобиля. Производители кальциевых АКБ предлагают в прилагаемых инструкциях смешивать электролит принудительным «кипячением». На последнем и остановимся.
Чтобы перемешать более плотный электролит с менее плотным, надо заставить его немного «покипеть». Поскольку «кипение» в данном случае вызывается ничем иным, как электролизом (а не нагревом, как в случае с приготовлением пищи), его и будем провоцировать.
Делается правильно это следующим образом:
- Заряжайте АКБ током 10% от реальной ёмкости.
- Не превышайте напряжение 14,4 В.
- Дождитесь, когда при напряжении 14,4 В ток заряда снизится до 0,1 А (первые три шага — это обычный цикл зарядки АКБ).
- Повысьте напряжение заряда до 15,5…16,1 В.
- Ток, при этом, не должен превышать 5% от ёмкости (для 60-ки 3 А).
- Контролируя температуру АКБ, заряжайте в таком режиме 20…40 минут.
- Проверяйте плотность электролита.
Если на аккумуляторе есть цветовой индикатор, то до пункта три включительно он, как правило, будет оставаться красным. Это означает, что плотность в верхних слоях АКБ не дотягивает до нормы, хотя возле пластин она, скорее всего, уже в норме. После шагов 4-5-6 индикатор позеленеет, что укажет на успешное перемешивание и выровнявшуюся плотность. Только после этого есть смысл измерять её ареометром. До «кипячения» плотность всегда будет заниженной.
Перемешаться электролит в заряженной аккумуляторной батарее может и без «кипячения» описанным способом. Плотность часто выравнивается после поездки по не очень ровным дорогам, в тот же день, или к следующему утру (индикатор внезапно зеленеет).
Тем не менее, трясти АКБ в руках, чтобы смешать принудительно электролиты разной плотности, ни в коем случае нельзя. Но это уже другая история.Итоги
Как видите, материал подошёл к концу, и в нём нет ни одного совета доливать в АКБ свежий электролит или концентрированную серную кислоту. Доливать нужно только воду, и то, если в этом есть необходимость. Если же вам ничего из вышеописанного не помогло поднять плотность, значит вашему аккумулятору пришёл конец. Вы, конечно, можете попробовать заменить электролит, долить кислоты, посверлить корпус необслуживаемой батареи, залить в АКБ воду с содой и многое другое, что советуют на просторах Интернета. Это всё будет очень интересно и познавательно, но от покупки нового аккумулятора подобные мероприятия не спасут.
ЭКСКЛЮЗИВ Поставщик Tesla Panasonic планирует увеличить плотность аккумуляторов на 20% к 2030 г. Energy Co, крупный поставщик Tesla, работает над новой технологией, позволяющей увеличить плотность энергии батареи на одну пятую к 2030 году, сообщил Reuters главный технический директор японской компании.
Это увеличение, если оно будет достигнуто, может увеличить запас хода модели Y, например, более чем на 100 км (62 мили) с аккумуляторной батареей того же размера. В качестве альтернативы, это может позволить производителям создавать более вместительные и, возможно, более легкие электромобили (EV), сохраняя при этом неизменным запас хода.
Поскольку все больше автопроизводителей выпускают модели электромобилей, инвесторы ищут доказательства того, что Tesla и признанные поставщики аккумуляторов, такие как Panasonic, могут сохранить свое лидерство в отрасли. Аккумуляторная система является самым дорогим элементом электромобиля, а повышение производительности и снижение затрат рассматриваются как ключ к поддержанию роста мировых продаж.
Зарегистрируйтесь сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к Reuters.com
Panasonic Energy, основное подразделение Panasonic Holdings, планирует добиться этих результатов за счет использования нового набора добавок, позволяющих отдельным элементам работать при более высоком напряжении без повреждения Производительность батарей, сказал Шоитиро Ватанабэ в интервью.
«Соревнования среди производителей аккумуляторов заключались в том, чтобы придумать более мощные и эффективные добавки», — сказал он.
В его комментариях впервые описывается закулисная работа компании по повышению эффективности аккумуляторов, помимо самой передовой аккумуляторной технологии, которую Panasonic сегодня сделала доступной для Tesla.
Повышение плотности энергии на 20 % — по сути, способность батареи накапливать энергию в заданном объеме — вероятно, приведет к плотности энергии 900 ватт-часов на литр (Втч/л) для самого передового элемента Panasonic по сравнению с 750 Втч. /л сегодня.
Ватанабэ сказал, что Panasonic планировала добиться такого прироста в течение нескольких лет, но не сообщила, когда она начнет внедрять новую химию.
Ожидается, что новый аккумулятор большего формата 4680, уже производимый Tesla, снизит производственные затраты и увеличит запас хода по сравнению с аккумулятором 2170 текущего поколения, заявил автопроизводитель.
Представитель Panasonic отказался комментировать, будет ли новая аккумуляторная технология компании использована в 4680, 2170 или в обоих.
Tesla не ответила на запросы о комментариях.
Panasonic, первый поставщик аккумуляторов для Tesla, планирует начать массовое производство 4680 аккумуляторов в Японии в течение финансового года, начинающегося в апреле 2023 года, и изучает площадки для производства в США. Tesla планирует использовать батареи 4680 для питания новых автомобилей Model Y, построенных в Техасе.
Компания Panasonic разработала способ замедления износа батареи при более высоком напряжении, который включает использование новых, более мощных добавок к электролиту батареи, сказал Ватанабэ, который также является исполнительным вице-президентом Panasonic Energy.
Более высокое напряжение позволяет увеличить способность накапливать энергию, но даже небольшое повышение также приводит к значительному снижению производительности батареи.
«Повышение плотности энергии на 20% вполне возможно», если Panasonic сможет реализовать описанные улучшения, Ширли Менг, профессор Чикагского университета и главный научный сотрудник Аргоннского национального центра исследований аккумуляторов США. «Я с оптимизмом смотрю на эту цель, поскольку исследование показало многообещающие данные по всем этим областям».
Аргоннская национальная лаборатория работает с рядом производителей аккумуляторов. Конкуренты Panasonic, среди которых CATL (300750.SZ), LG Energy Solution (373220.KS), Samsung SDI (006400.KS), также работают над технологиями, которые обещают поставлять батареи, которые заряжаются быстрее, работают дольше и стоят дешевле.
Нынешняя аккумуляторная батарея Panasonic для Tesla использует напряжение 4,2 вольта, и Ватанабэ сказал, что повышение до 4,3 или 4,4 вольта возможно с помощью новой смеси добавок к электролиту, химического супа, который разделяет отрицательно и положительно заряженные электроды.
«Если мы сможем довести это до 4,5 или 4,6 вольт, я думаю, что весь взгляд на мир с точки зрения того, что возможно для электромобилей, изменится», — сказал Ватанабэ.
Компания Panasonic также разработала способы предотвращения того, что инженеры называют «микротрещинами» — небольшими трещинами, образующимися на положительном электроде при зарядке и разрядке аккумулятора, что сокращает срок его службы. По его словам, одна защитная мера включает использование так называемых «монокристаллических материалов» для положительного электрода батареи.
Кроме того, Panasonic работает над заменой большего количества графита, используемого в отрицательных электродах батареи, материалами на основе кремния, чтобы улучшить эту часть элемента, хотя компромиссом является более высокая стоимость кремния, сказал Ватанабэ.
«Сбалансировать сложно, но повышение плотности энергии батарей требует повышения потенциала обоих электродов», — сказал он.
Зарегистрируйтесь сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к Reuters.com
Репортаж Норихико Ширузу в Пекине; Дополнительный репортаж Пола Линерта в Детройте; Под редакцией Кевина Кролицки и Эдвины Гиббс
Наши стандарты: Принципы доверия Thomson Reuters.
Три аккумуляторные технологии, которые могут обеспечить энергией будущее | Сафт
Миру нужно больше энергии, желательно в чистой и возобновляемой форме. Наши стратегии хранения энергии в настоящее время формируются за счет литий-ионных аккумуляторов, являющихся передовыми технологиями, но на что мы можем рассчитывать в ближайшие годы?
Начнем с основных сведений об аккумуляторах. Батарея представляет собой набор из одного или нескольких элементов, каждый из которых имеет положительный электрод (катод), отрицательный электрод (анод), сепаратор и электролит. Использование для них различных химикатов и материалов влияет на свойства батареи — сколько энергии она может хранить и выдавать, сколько энергии она может обеспечить или сколько раз ее можно разряжать и перезаряжать (также называемая циклической емкостью).
Аккумуляторные компании постоянно экспериментируют, чтобы найти более дешевые, плотные, легкие и более мощные химические вещества. Мы поговорили с Патриком Бернардом, директором по исследованиям Saft, который рассказал о трех новых аккумуляторных технологиях с трансформационным потенциалом.
ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Что это?
В литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторах накопление и высвобождение энергии обеспечивается перемещением ионов лития от положительного электрода к отрицательному туда и обратно через электролит. В этой технологии положительный электрод действует как первоначальный источник лития, а отрицательный электрод — как носитель лития. Несколько химических элементов собраны под названием литий-ионных аккумуляторов в результате десятилетий отбора и оптимизации, близких к совершенству положительных и отрицательных активных материалов. Литированные оксиды металлов или фосфаты являются наиболее распространенным материалом, используемым в качестве материалов для положительных положительных результатов.
Графит, а также графит/кремний или литированные оксиды титана используются в качестве негативных материалов.
Ожидается, что в ближайшие годы литий-ионная технология достигнет предела энергопотребления при использовании реальных материалов и конструкций элементов. Тем не менее, недавние открытия новых семейств прорывных активных материалов должны разблокировать нынешние ограничения. Эти инновационные соединения могут хранить больше лития в положительных и отрицательных электродах и впервые позволят объединить энергию и мощность. Кроме того, с этими новыми соединениями также учитываются дефицит и критичность сырья.
Каковы его преимущества?
Сегодня среди всех современных технологий хранения данных технология литий-ионных аккумуляторов обеспечивает самый высокий уровень плотности энергии. Такие характеристики, как быстрая зарядка или рабочий температурный диапазон (от -50°C до 125°C), могут быть точно настроены благодаря большому выбору конструкций элементов и химических составов.
Кроме того, литий-ионные аккумуляторы обладают дополнительными преимуществами, такими как очень низкий саморазряд и очень долгий срок службы, а также цикличность, обычно тысячи циклов зарядки/разрядки.
Когда его ожидать?
Ожидается, что новое поколение передовых литий-ионных аккумуляторов будет развернуто до первого поколения твердотельных аккумуляторов. Они идеально подходят для использования в таких приложениях, как системы хранения энергии для возобновляемых источников энергии и транспорта (морского, железнодорожного, авиационного и внедорожного), где требуется высокая энергия, высокая мощность и безопасность.
СЕРНО-ЛИТИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Что это такое?
В литий-ионных батареях ионы лития накапливаются в активных материалах, действующих как стабильные структуры-хозяева во время заряда и разряда. В литий-серных (Li-S) батареях нет структур-хозяев. При разрядке литиевый анод расходуется, а сера превращается в различные химические соединения; при зарядке происходит обратный процесс.
Каковы его преимущества?
В Li-S аккумуляторе используются очень легкие активные материалы: сера в положительном электроде и металлический литий в качестве отрицательного электрода. Вот почему его теоретическая плотность энергии чрезвычайно высока: в четыре раза больше, чем у литий-иона. Это делает его подходящим для авиационной и космической промышленности.
Компания Saft выбрала и одобрила наиболее многообещающую технологию Li-S на основе твердотельного электролита. Этот технический путь обеспечивает очень высокую плотность энергии, длительный срок службы и устраняет основные недостатки жидкого Li-S (ограниченный срок службы, высокий саморазряд и т. д.).
Кроме того, эта технология дополняет твердотельные литий-ионные благодаря превосходной гравиметрической плотности энергии (на кону +30% в Втч/кг).
Когда ждать?
Основные технологические барьеры уже преодолены, и уровень зрелости очень быстро приближается к полномасштабным прототипам.
Ожидается, что эта технология появится на рынке сразу после полупроводниковых литий-ионных аккумуляторов для приложений, требующих длительного времени автономной работы.
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ БАТАРЕИ
Что это?
Твердотельные батареи представляют собой смену парадигмы с точки зрения технологии. В современных литий-ионных батареях ионы перемещаются от одного электрода к другому через жидкий электролит (это также называется ионной проводимостью). В полностью твердотельных батареях жидкий электролит заменен твердым соединением, которое, тем не менее, позволяет ионам лития мигрировать внутри него. Эта концепция далеко не нова, но за последние 10 лет — благодаря интенсивным исследованиям во всем мире — были открыты новые семейства твердых электролитов с очень высокой ионной проводимостью, аналогичной жидкому электролиту, что позволило преодолеть этот особый технологический барьер.
Сегодня усилия компании Saft Research & Development сосредоточены на двух основных типах материалов: полимерах и неорганических соединениях с целью синергии физико-химических свойств, таких как технологичность, стабильность, проводимость…
Каковы его преимущества?
Первым огромным преимуществом является заметное повышение безопасности на уровне элемента и батареи: твердые электролиты негорючи при нагревании, в отличие от их жидких аналогов. Во-вторых, он позволяет использовать инновационные высоковольтные материалы с высокой емкостью, что позволяет создавать более плотные и легкие батареи с более длительным сроком хранения в результате снижения саморазряда. Более того, на системном уровне это принесет дополнительные преимущества, такие как упрощенная механика, а также управление температурой и безопасностью.
Поскольку аккумуляторы могут иметь высокое отношение мощности к весу, они идеально подходят для использования в электромобилях.
Когда ждать?
Несколько видов полностью твердотельных аккумуляторов, вероятно, появятся на рынке по мере развития технического прогресса. Первыми будут твердотельные батареи с анодами на основе графита, обеспечивающие улучшенные энергетические характеристики и безопасность. Со временем более легкие технологии твердотельных батарей с использованием металлического литиевого анода должны стать коммерчески доступными.
Все, что вам нужно знать о плотности энергии литиевых батарей
Перейти к содержимому Все, что вам нужно знать о плотности энергии литиевой батареиВ 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 измерения: весовая плотность энергии и объемная плотность энергии.
Как рассчитать плотность энергии литиевых батарей?Плотность энергии (Втч/л) = емкость аккумулятора × напряжение/объем разрядной платформы0161 Масса батареи Плотность энергии = емкость батареи × разрядная платформа/вес базовая единица измерения — Втч/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 .
| 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 приведенной ниже диаграмме, 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 батарей? 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» в эпоху Ниндэ использовалась 6-микронная медная фольга с использованием передовых технологий 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 Увеличение размера 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 «упитанность» 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, чем теоретическая удельная емкость 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 группирования 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 учетом 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 управления температурным режимом, 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.
DNKPOWER2022-07-22T10:04:47+00:00Решающая гонка за созданием лучшей батареи: подкаст Big Brains с Ширли Мэн
Show Notes
Батареи произвели революцию в нашей жизни, особенно изобретение перезаряжаемых батарей, которые позволили нам иметь мобильные телефоны, ноутбуки и электромобили. Но по мере того, как мы переходим к большему количеству форм зеленой энергии, мы сталкиваемся с серьезной дилеммой: смогут ли наши нынешние литий-ионные батареи поддерживать нас?
Исследователь аккумуляторов Ширли Менг говорит, что нам нужно исследовать различные металлы и элементы, которые могли бы работать дольше и заряжаться быстрее. Мэн — главный научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории и профессор Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета. В течение последних двух десятилетий она была первопроходцем в исследованиях новых материалов для хранения энергии — таких, которые доступны по цене, могут быть добыты с соблюдением этических норм и, что наиболее важно, могут быть эффективно переработаны.
Подпишитесь на Big Brains в Apple Podcasts, Stitcher и Spotify. (Эпизод опубликован 4 августа 2022 г.)
— Yahoo FinanceПол Рэнд: Всем знаком этот звук, низкий заряд батареи. Пришло время зарядить ваше устройство. Потеря заряда на вашем телефоне раздражает, но когда дело доходит до электромобилей, потери энергии, домов или даже целых городов, заряд батареи может стать ситуацией жизни и смерти. Тем более, что мы переходим к большему количеству форм зеленой энергии.
Лента: когда дело доходит до возобновляемых источников энергии, становится ясно, что ветер перемен начал дуть.
Лента: Но главный вопрос заключается в том, есть ли у нас технология для эффективного и рентабельного хранения? Лента
: Поскольку мир перешел на экологически чистую энергию, в последние годы большое внимание уделялось разработке способов хранения этой энергии для тех дней, когда солнце не показывается и ветер не дует.
Лента: Нам нужна стратегия перехода. Без него каждый раз, когда в системе происходит шок, плохая погода, плохое хранилище, мы сталкиваемся с энергетическим кризисом.
Пол Рэнд: Сегодня. Батареи Lithi-I являются ведущим претендентом на роль аккумуляторов будущего, но некоторые ученые считают, что нам нужно что-то еще лучшее.
Ширли Мэн: Мы ищем наилучшее решение для крупномасштабного сетевого хранения, потому что для того, чтобы помочь обществу перейти на возобновляемые источники энергии, наши литиевые батареи не могут быть окончательным решением.
Пол Рэнд: Это Ширли Менг, главный научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории и профессор Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета. В течение последних двух десятилетий Мэн был пионером в исследованиях того, как сделать наши батареи еще более долговечными.
Ширли Менг: Я не могу перестать говорить вам, сколько раз люди говорили мне, что я выбрала неправильное направление.
Пол Рэнд: Хорошо.
Ширли Менг: Потому что батарея — это уже старая технология, и у нас были очень, очень ограниченные ресурсы, когда я работала над докторской диссертацией.
Пол Рэнд: Но за последние несколько лет Мэн доказал, что все они ошибались. Она совершила невероятный прорыв и усовершенствовала аккумуляторы, чтобы увеличить их срок службы в таких больших технологиях, как автомобили.
Ширли Мэн: Если мы сохраним эту скорость роста, возможно, к 2035 году около половины легковых автомобилей будут электрическими.
Пол Рэнд: И размером с телефон.
Ширли Мэн: Батарея сотового телефона через четыре года, может быть, около тысячи циклов. Хорошо. Если заряжать раз в день. У нас так много исследователей по всему миру, которые продемонстрировали, что пройти 10 000 циклов или 100 000 циклов вполне возможно. Это возможно с научной точки зрения. Поэтому подумайте о том, что один из способов повысить эффективность — сделать так, чтобы вещи лучше использовались, чтобы они использовались дольше.
Пол Рэнд: Если мы собираемся достичь нашей цели по сокращению выбросов углерода, перейдя на возобновляемые источники энергии для наших автомобилей, наших домов и наших городов.
Ширли Мэн: Я думаю, что люди с ионно-литиевыми батареями, мы чувствовали, что отстаем. Ага. Поэтому у нас есть долг перед нашими будущими поколениями, чтобы сделать его лучше.
Пол Рэнд: из сети подкастов Чикагского университета. Это Big Brains, подкаст о новаторских исследованиях и ключевых прорывах, которые меняют наш мир. В этом эпизоде гонка по улучшению накопления энергии. Я ваш хозяин, Пол Рэнд.
Пол Рэнд: Если мы действительно хотим иметь более экологичное будущее, нам потребуется гораздо больше, чем просто убедить всех купить электромобиль или установить солнечные батареи на крыше. Солнечный ветер или гидроэлектроэнергия, все это нужно где-то хранить.
Ширли Мэн: Все используют батареи для питания нашего устройства, питания наших автомобилей, питания нашего дома. Если подумать о 8 миллиардах человек, и если мы сохраним стандарт качества жизни в США, то это около 30 киловатт-часов в день. Так что масштабирование невероятное.
Пол Рэнд: Не могли бы вы помочь мне получить более полное представление о проблеме, которую мы здесь пытаемся решить. Что такое хранение энергии? И какую роль она играет в нашем мире сегодня? И какую роль он должен играть завтра?
Ширли Менг: Позвольте мне, возможно, нарисовать энергию для хранения энергии, сравнимую с домашним холодильником. Таким образом, вы всегда храните дополнительную еду и напитки в холодильнике, потому что мы не хотим постоянно ходить в супермаркет. Мы должны чувствовать, что нас много в еде.
Пол Рэнд: Итак, если мы подумаем о батарее, например о холодильнике, что произойдет, когда в ней закончится место? Если вы не можете хранить эту лишнюю еду где-либо, она, конечно же, будет потрачена впустую.
Ширли Мэн: На самом деле, за последнее столетие около 60%, я бы сказал, от 57% до 60% энергии были потрачены впустую. Они не используются эффективно.
Пол Рэнд: Боже мой. Я этого не знал.
Ширли Мэн: Да. Если мы вспомним более 100 с лишним лет назад, когда Вестингауз и Эдисон строили все подстанции для производства энергии, никто не беспокоился о растрате энергии.
Пол Рэнд: А теперь представьте, что холодильник нужен не только вашему дому, но и всему городу. И он должен работать достаточно хорошо, чтобы хранить достаточно еды для миллионов людей.
Ширли Мэн: Таким образом, вы не сможете хорошо работать, если у нас не будет этого огромного холодильника или устройства хранения, которое действительно позволит вам удовлетворить спрос в более совершенном смысле. И, конечно же, сетка намного сложнее, чем просто хранение еды, потому что у вас есть качество сетки. Он должен поддерживать 60 герц в Соединенных Штатах. Вы должны думать о пиковом спросе. Вы должны думать о рампе, когда закат, ветер перестанет дуть. Так что это очень сложно.
Пол Рэнд: Итак, не могли бы вы поговорить со мной сегодня и сказать, ну, где мы сегодня в том, что батареи могут делать и чего они не могут?
Ширли Мэн: Итак, давайте проведем краткий урок истории аккумуляторов.
Пол Рэнд: Замечательно.
Ширли Мэн: Теперь, если вы посмотрите на историю батарей, начиная с 1800 года, то есть на самом деле первая свая для избирателей, батарейки типа АА, которые мы используем, на самом деле являются изобретением Александра Вольта в 1800 году. В 1860-х годах именно здесь французский ученый изобрел свинцовую кислоту.
Пол Рэнд: Свинцово-кислотная батарея была первой когда-либо созданной аккумуляторной батареей.
Ширли Менг: А потом, в 1960-х, Овшинский — американский ученый, открывший никель-металлогидридные батареи.
Пол Рэнд: Благодаря Овшинскому у нас появились такие технологии, как цифровые камеры и ноутбуки. И его батарея даже привела к созданию самого первого серийного электромобиля от General Motors в 1990-х годах.
Лента: Разгоняется от 0 до 60 и восьми секунд. И вы можете проехать 120 миль, не используя ни капли бензина. Это потому, что вы не наполняете его, вы заряжаете его. Это электрический Impact от General Motors.
Ширли Мэн: На самом деле у нас было много поколений аккумуляторов.
Пол Рэнд: Но в 1991 году произошел огромный прорыв. Sony представила первую в мире перезаряжаемую литий-ионную батарею.
Ширли Менг: Мы запускаем новые приложения. Мы запускаем приложения, о которых вы никогда не думали. Кто бы мог подумать, что у нас есть iPhone, iPad?
Лента: Телефон и интернет-коммуникатор, iPod, телефон. Вы понимаете? Это не три отдельных устройства. Это одно устройство.
Ширли Менг: Я хочу сказать, что каждый раз, когда мы изобретаем новый химический состав батареи, мы запускаем новые приложения.
Пол Рэнд: Ионно-литиевые батареи сегодня произвели революцию в нашем мире. Для их размера и веса они могут хранить много энергии, и их довольно легко заряжать. Но действительно ли они являются той батареей, которая может перенести нас в более зеленое будущее?
Ширли Мэн: На самом деле для производства ионно-литиевых батарей требуется много энергии. Для производства одного киловатт-часа литий-железных батарей требуется от 50 до 60 киловатт-часов. Таким образом, энергия, используемая для производства этих батарей, имеет значение, потому что сама батарея не является возобновляемой. То, как мы их производим, как мы их используем, как мы их перерабатываем, в конечном итоге определяет углеродный след самой батареи.
Пол Рэнд: Если вы задавались вопросом, почему электромобили до сих пор дороги, вините в этом литий-ионный аккумулятор. Чтобы сделать его, вам нужны четыре детали: катод, анод, электролит и сепаратор. В катоде используется металл, такой как никель, кобальт и литий, а в аноде используется графит. Но некоторые эксперты предупреждают, что мир не производит достаточно этих металлов, чтобы удовлетворить спрос.
Ширли Мэн: Так, например, в мире аккумуляторов люди внезапно осознают, что если мы хотим построить столько гигаваттных заводов, у нас заканчивается литий, у нас заканчивается никель. У нас заканчивается медь. У нас заканчиваются все элементы. А горнодобывающей промышленности требуется десятилетие, чтобы получить разрешение, чтобы все заработало, чтобы достать эти элементы из-под земли.
Пол Рэнд: Фактически, в 2021 году Демократическая Республика Конго поставляла более 70% кобальта в мире. В стране находится почти половина мировых запасов.
Лента: На крупнейшие мировые технологические компании подали в суд из-за долгов детей по добыче полезных ископаемых в Демократической Республике Конго. Правозащитная группа подает иск от имени 14 конголезских семей. Они обвиняют такие компании, как Apple, Google, Dell, Microsoft и Tesla, в использовании детского труда для добычи кобальта. Этот минерал является ключом к питанию батарей, используемых в наших мобильных телефонах, компьютерах и наших электромобилях.
Пол Рэнд: С этими батареями связана еще одна экологическая проблема.
Ширли Мэн: Ионно-литиевые батареи сегодня не перерабатываются на 100%. Таким образом, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, которые в США перерабатываются на 99,5%, сегодня перерабатывается менее 20% литий-ионных аккумуляторов. Позвольте мне объяснить, почему это сложно, потому что это не та же самая химия. Поэтому в свинцово-кислотных батареях мы используем электролит на водной основе. Так что притворяться очень безопасно. На самом деле в литий-ионных батареях мы используем какой-то органический электролит, который легко воспламеняется. Это опасные отходы. На самом деле очень дорого доставлять отработанные литий-ионные батареи.
Пол Рэнд: Мэн вместе с Аргоннской национальной лабораторией пытаются решить эту проблему. Они разработали так называемую модель перепродажи, которая рассчитывает стоимость и воздействие батареи на окружающую среду на каждом этапе ее жизненного цикла.
Ширли Менг: Есть много решений. Но чтобы достичь общества, нам понадобится регулирование. Нам нужно, чтобы правительства установили определенные стимулы, чтобы стимулировать людей к переработке. И тогда главный вопрос: кто платит за утилизацию? Может быть, потребители, как и мы, уже заплатили. Мне сказали, когда я купил iPhone, я уже оплатил утилизацию. Таким образом, среди нас было очень мало образования или распространения информации о передовом опыте. Я думаю, что это еще нужно довести до ума. В ближайшем будущем, я думаю, вы увидите, что несколько стартапов собираются собирать отработавшие батареи
Пол Рэнд: В настоящее время ионно-литиевые батареи в основном используются в электромобилях и сотовых телефонах. Но если у вас есть электромобиль и вы живете где-то вроде Чикаго, где очень холодно, ваша батарея не будет счастлива.
Ширли Мэн: Да, Пол, я думаю, что текущая батарея похожа на наше человеческое тело. Мы не радуемся, когда температура поднимается выше 40 градусов по Цельсию, и мы не радуемся, когда температура опускается ниже минус 20 градусов. Итак, литий-ионный аккумулятор в точности подобен человеческому телу. Ага. Честно говоря, я только что переехал из Сан-Диего в Чикаго. Мой сын спрашивал: «Мама, ты собираешься привезти свою Теслу в Иллинойс?» Я долго колебался из-за холода, а дальность будет страдать. Конечно, есть BMS, система управления батареями, которая разогревает батареи, чтобы вы могли продолжать работать. Машина по прежнему работает, без проблем. Но это повлияет на вашу эффективность, потому что много энергии придется использовать для управления температурным режимом.
Пол Рэнд: Итак, мы все еще пытаемся улучшить ионно-литиевые батареи? Или мы осознаем, что это устаревшая технология, и нужно тратить энергию на поиск новых типов хранения?
Ширли Мэн: Очень хороший вопрос. Ага. Я думаю, что технология ни в коем случае не может быть сделана. Многое еще можно улучшить. Итак, в конце концов, я сказал, что мы используем так много энергии для производства ионно-литиевых батарей. И тут прикладывается много усилий, можно ли сократить количество энергии вдвое. Мы называем это зеленым производством. Преобразующее зеленое производство. Ага. Вот и все, над чем мы активно работаем, чтобы сделать ионно-литиевые батареи еще лучше.
Пол Рэнд: Итак, Мэн и другие ученые-материаловеды ищут более чем одну альтернативу ионно-литиевым батареям. Ответы, они где-то в периодической таблице. Это после перерыва.
Пол Рэнд: Если вы получили много от важного исследования, опубликованного на Big Brains, есть еще одно шоу сети подкастов Чикагского университета, которое вы должны проверить. Он называется Not Another Politics Podcast. Подкаст Not Another Politics предлагает свежий взгляд на крупнейшие политические истории не через мнения и анекдоты, а благодаря тщательному исследованию, массивным наборам данных и глубокому знанию теории. Если вы хотите понять политологию, стоящую за политическими заголовками, слушайте подкаст Not Another Politics, часть сети подкастов Чикагского университета.
Пол Рэнд: Ионно-литиевые батареи были в центре внимания в течение последних нескольких десятилетий, но есть еще одна батарея, которая наконец-то получает второй шанс — металлический литий.
Ширли Мэн: Литий-металлические батареи были изобретены еще 50 лет назад, полвека назад.
Пол Рэнд: Но поскольку комбинация лития и металла была более сложной, технология изначально не работала.
Ширли Мэн: У нас есть только металлический литий, который действует как соединительный электрод. И это привело к огромным изменениям в архитектуре батареи. Чтобы сделать металлический анод, вы испытаете большое изменение объема. И для инженеров по аккумуляторным батареям это на самом деле очень важно. И поэтому, когда вы делаете литий-металлические, вы действительно можете делать это довольно хорошо. Но если вы сделаете это несколько сотен раз, вы не всегда сможете убедиться, что металлический литий осаждается очень гладко.
Ширли Мэн: Итак, когда у вас нет гладкого металлического лития, вы растете нечто, называемое дендритом. В общем, выглядят как ветки деревьев. И эти ветки деревьев, если они торчат слишком далеко, пересекают электролит и ударяют по катоду, это то, что мы называем коротким замыканием. И такие короткие замыкания могут вызвать серьезные проблемы с безопасностью. Вот почему 50 лет назад его опробовали, коммерциализировали, изъяли с рынка из-за безопасности,
. Пол Рэнд: Однако Мэн и другие ученые-материаловеды думают, что на этот раз они смогут сделать все правильно.
Ширли Мэн: 50 лет спустя у нас есть лучший электролит. У нас лучше BMS, система управления батареями. И мы думаем, что на этот раз у нас получилось, мы сможем это сделать. Несмотря на то, что я должен быть честным с вами, Пол, есть люди, которые скептически относятся к тому, что эта технология будет такой же безопасной, как ионно-литиевые элементы.
Пол Рэнд: Один стартап в Силиконовой долине тестирует технологию. Они считают, что их литий-металлическая батарея может быть в два раза более плотной, чем ионно-литиевые батареи. Но они не единственные, кто тестирует различные материалы.
Ширли Менг: В некоторых батареях в качестве анода используется цинк, а в качестве катода может использоваться оксид марганца. Таким образом, они находятся в состоянии R и D. Собственно, они уже очень далеко зашли в плане создания прототипов. Есть несколько компаний, которые делают это для отличного хранения. Причина в том, что цинк очень дешев, а оксид марганца еще дешевле. И поскольку они не используют литий, у них нет текущего ограничения цепочки поставок с литием.
Пол Рэнд: И есть элемент, с которым мы все знакомы в наших любимых соленых закусках, который также тестируется в батареях, ион натрия.
Ширли Менг: Возможно, решением проблемы могут стать натриевые батареи. Литий — самый легкий металл, а ниже — натрий. И если мы сможем сделать натриевые батареи такими же хорошими, как литий-ионные, я думаю, мы продвинемся очень и очень далеко.
Пол Рэнд: Итак, из всех вариантов, которые вы обсуждаете, какой из них вас больше всего воодушевляет?
Ширли Мэн: Итак, я думаю, может быть, я воспользуюсь этой возможностью, чтобы сказать: я не верю, что одна батарея удовлетворит все потребности. Я верю, что будет линейка аккумуляторов, отвечающих различным потребностям. Так, например, я бы сказал, что для электромобилей высокого класса, которые разгоняются от 0 до 60 миль за три секунды, проезжают 500 миль на одном заряде, такого класса высокого класса мы можем использовать ионно-литиевые батареи или даже литий-металлические батареи. Есть потребности, например, как городская езда в оживленном городе, таком как Париж, Токио, Шанхай, вам не нужна такая дальность. Однако вам нужны аккумуляторы, которые мы можем быстро зарядить. А потом очень надежно упакованы в густонаселенных районах.
Ширли Мэн: Более того, вам нужно очень крупномасштабное хранилище, скажем, несколько сотен мегаватт-часовых батарей для района. Вы хотите, чтобы батареи были такими дешевыми, может быть, всего 20 долларов за киловатт-час. Так что вся система, район может позволить себе такую систему. Так что, возможно, немного оксида марганца, цинка может быть вариантом. Поэтому я считаю, что нам нужно смотреть на проблемы, с которыми мы сталкиваемся, более комплексно, и перестать мечтать о том, что одна батарея подойдет всем, потому что мы пытаемся сделать так, чтобы одна батарея решила все проблемы. И я думаю, что после 10 лет интенсивных исследований мне становится совершенно ясно, что нам нужно скорректировать наш подход.
Пол Рэнд: Разные типы для разных нужд.
Ширли Мэн: Точно. Да.
Пол Рэнд: Сейчас вы в основном вкладываете свою энергию в твердотельные батареи. Это правильно?
Ширли Мэн: Можно так сказать, да. Лента
: Итак, мы говорим о твердотельных батареях, это революционная возможность зарядки для традиционной литий-ионной индустрии электромобилей.
Пол Рэнд: В твердотельных батареях используется твердый электролит вместо жидкого или полимерного геля, которые в настоящее время используются в литий-ионных батареях.
Ширли Менг: Мы смогли сделать некоторые вещи в твердом состоянии, чего не может сделать жидкий электролит.
Лента: что это за возможности и как вы можете производить их в больших масштабах?
Пол Рэнд: Твердотельные батареи меньше, легче и потенциально безопаснее, потому что они негорючие.
Ширли Мэн: За последние несколько лет у нас было одно или два очень интересных прорыва, когда мы занимались исследованиями твердотельных батарей.
Пол Рэнд: Мэн смог создать твердотельную батарею с анодом из кремния, плотность энергии которого в 10 раз выше, чем у используемых сегодня графитовых анодов.
Ширли Мэн: В прошлом году мы продемонстрировали 99,9% кремния. Так что почти полностью кремний. Мы убрали весь графит и можем заставить его работать в твердотельных батареях.
Пол Рэнд: Это важная разработка, потому что жидкие электролиты в современных ионно-литиевых батареях разрушают кремний, поэтому они не используются в коммерческих целях.
Лента: Всем хорошо известно, что твердотельные батареи открывают большие перспективы. Но есть много препятствий, которые нужно преодолеть.
Пол Рэнд: Но с твердотельной батареей Мэн это не проблема. Мало того, эти батареи могут лучше работать при высоких температурах.
Ширли Мэн: Ага. Таким образом, с точки зрения высоких температур мы ожидаем, что твердотельные элементы будут играть важную роль, улучшая характеристики батарей будущего при высоких температурах.
Пол Рэнд: Это достижимо?
Ширли Мэн: Это достижимо. Но я думаю, что это потребует времени. Мы рассматриваем пятилетний график, если технологическая готовность продолжит улучшаться. У него есть некоторые трудности, потому что текущее планирование гигаваттной фабрики основано на жидкостных элементах. Я думаю, что люди, занимающиеся производством, более осторожны, потому что, если полупроводниковые устройства действительно будут развиваться, я думаю, что производители первого уровня, такие как LG Energy Solution, им придется подумать о том, как построить гигаваттную заводскую машину, чтобы иметь возможность производить солнечное состояние. И это очень, очень большой вызов. И я бы сказал, что твердотельные батареи также дают нам возможность заново изобрести экологически чистое производство, потому что текущий процесс производства ионно-литиевых батарей более или менее оптимизирован. Так что мы смотрим на это с действительно оптимистичным настроем. Это определенно достижимо. Это просто требует много тяжелой работы и вложений.
Пол Рэнд: Если мы действительно собираемся расширяться, предприятия, страховые компании и политики должны быть на борту.
Ширли Мэн: Это не то, что инженеры и ученые могут сделать в одиночку. Нам нужна помощь со стороны бизнеса и со стороны политики. Поэтому я хочу отметить, что наше общество действительно недостаточно инвестировало в химию аккумуляторов. Так что прямо сейчас я думаю, что многие новые технологии все еще находятся в зачаточном состоянии. И без тщательной оценки инвестиций неясно, какой из них, ион натрия или твердый натрий, жидкое солнечное состояние, какой из них выиграет первым, какой из них достигнет максимальной технологической готовности. Неясно.
Ширли Менг: Так что я очень признателен Министерству энергетики США. У них есть инвестиционный портфель, и они позволяют ученым и инженерам конкурировать. Потому что, в конце концов, если у нас есть несколько вариантов выбора батареи, это помогает повысить надежность цепочки поставок. На самом деле это также помогает в выборе регионов, потому что такие страны, как Соединенные Штаты, на самом деле не богаты литием, никелем и другими элементами. Но у нас много железа, марганца или натрия. Поэтому я думаю, что стратегически мы должны подумать о том, как мы предлагаем правительству и районам выбор, где они могут сделать этот выбор наилучшим для своей ситуации.
Пол Рэнд: Несмотря на то, что Мэн является экспертом по батареям, она не считает, что батареи — единственное решение для нашего зеленого будущего.
Ширли Мэн: Батареи не могут решить все проблемы, потому что есть ограничения на то, что могут делать батареи. На всем пути от добычи, до использования, до конечного использования, до переработки, вся система не в состоянии удовлетворить спрос, что мы собираемся расти в 100 раз больше и использовать больше батарей, производить больше батарей, и утилизируйте больше батарей. Я думаю, что давление, которое мы сейчас испытываем, невероятно, потому что все думают, что батареи могут решить все проблемы с передачей энергии.
Ширли Мэн: Например, в некоторых регионах солнце не выходит неделями. Таким образом, есть некоторые виды производства энергии с базовой нагрузкой, которые невозможно обеспечить с помощью возобновляемых источников энергии и аккумуляторных батарей. Поэтому я также хочу быть очень реалистичным в отношении реальности. Мы должны относиться к этому прагматично. Я думаю, что батарея может сыграть важную роль, ключевую роль, но нам потребуются другие технологии, чтобы также придумать другие углеродно-нейтральные технологии, которые вступят в игру.
Пол Рэнд: Если мы хотим полностью перейти на возобновляемые источники энергии, к 2040 году Соединенным Штатам потребуется как минимум в 100 раз больше хранилищ.
Ширли Менг: Мы должны продолжать инвестировать в накопление энергии и поощрять молодых людей выбирать это для развития своей карьеры. Да, так что у нас есть долг перед нашими будущими поколениями, чтобы сделать его лучше.
Мэтт Ходапп: Большие мозги — это продукт сети подкастов Чикагского университета. Если вам нравится то, что вы услышали, пожалуйста, оставьте нам оценку и отзыв. Шоу ведет Пол М. Рэнд, а продюсируют я, Мэтт Ходап и Леа Сеасрин. Спасибо за прослушивание.
Список серий
Сокращает ли благосостояние преступность? с Манаси Дешпанде (эпизод 99)
Новаторское исследование изучает влияние одной программы на занятость и количество заключенных
Решающая гонка по созданию лучшей батареи с Ширли Мэн (эпизод 98)
Стремление одного ученого улучшить технологию при переходе на экологически чистую энергию
Снятся ли животные? с Дэвидом М.
Пенья-Гусманом (эпизод 97)Ученый исследует науку о сознании животных
Волны экстремальной жары: почему они растут? с Нобору Накамурой (эпизод 96)
Исследования изучают и могут помочь предсказать экстремальные погодные явления по всему миру
Почему загрязнение воздуха сокращает нашу жизнь на годы, с Кристой Хасенкопф и Анантом Сударшаном (эпизод 9)5)
Ученые, составившие отчет об индексе качества жизни, предупреждают об угрозе нашему глобальному здоровью
Как уклонение от уплаты налогов и корпоративная тайна нашли пристанище в Делавэре, с Хэлом Вайцманом (эпизод 94)
Ученый исследует, как богатые глобальные корпорации используют налоговые лазейки в крошечном штате США
Почему страны выбирают войну, а не мир, с Крисом Блаттманом (эпизод 9)3)
Изучая банды и политических врагов, ученый пытается понять, почему мы боремся и как остановить конфликт
От зеленых похорон до похорон своими руками: как меняется смерть в Америке с Шеннон Ли Доуди (эпизод 92)
Антрополог исследует, что наши ритуалы говорят об обществе, особенно после 11 сентября
Почему нам нужно инвестировать в родителей в первые годы жизни ребенка, с Даной Зюскинд (эпизод 9).
1)В книге рассматривается, как более совершенная политика может укрепить семьи и ускорить развитие детей в раннем возрасте
Тревожный рост устойчивых к антибиотикам супербактерий с Кристофером Мюрреем (эпизод 90)
Эксперт по глобальному здравоохранению предупреждает о потенциальной «пандемии в тени»
Почему важна плотность энергии в батареях?
Плотность энергии батареи – это количество энергии, содержащейся в батарее, по сравнению с ее весом или размером. Мы называем это удельной плотностью энергии при сравнении с весом и объемной плотностью энергии при сравнении размеров.
Например, мы измеряем энергию батареи в ватт-часах (ватт в час, эквивалент использования одного ватта в течение одного часа). Затем мы можем разделить ватт-часы батареи (wh) на ее килограммы (вес) или объем (литры).
Следовательно, время, в течение которого аккумулятор может питать устройство по сравнению с его весом или размером, равно плотности энергии.
Почему важна плотность энергии батареи?
Плотность энергии батареи имеет решающее значение, поскольку чем выше плотность энергии, тем дольше батарея может излучать заряд по отношению к ее размеру. При этом батареи с высокой плотностью энергии могут быть полезны, когда для батареи не так много места, но вам нужно много выходной энергии. Смартфоны и другие портативные устройства являются прекрасными примерами этого.
Давайте сформулируем преимущества плотности энергии в виде вопроса: что бы вы предпочли: небольшую и легкую батарею, которая излучает энергию в течение длительного времени, или тяжелую батарею, которая занимает много места и обеспечивает лишь небольшое количество энергии?
Почти все сказали бы, что первое. Вот почему высокая плотность энергии жизненно важна в нашем мире.
Плотность энергии в сравнении с плотностью мощности в батареях
Плотность энергии и плотность мощности легко спутать, потому что они в некотором роде похожи. Оба они измеряют электрические характеристики батареи по сравнению с ее весом.
Тем не менее, плотность энергии и плотность мощности различаются по одному важному признаку: в то время как плотность энергии батареи измеряется 90 164 часа 90 165 (ватт-час) на килограмм (кг), плотность мощности измеряется выходной мощностью 90 164 ватт 90 165 на килограмм.
Вот где сила против энергии вступает в игру. Плотность мощности измеряет, насколько быстро может быть доставлена энергия, а плотность энергии измеряет, сколько энергии удерживает батарея.
Каковы преимущества использования аккумуляторов с высокой плотностью энергии?
Аккумуляторы с высокой плотностью энергии изменили мобильный мир. Обладая большей энергией, мы можем разместить полезные батареи в небольших помещениях. Это позволяет использовать долговечные телефоны, ноутбуки, наушники или медицинские устройства.
Они также очень легкие по сравнению с прошлыми альтернативами. Могли бы вы представить, что носите с собой 5-фунтовый iPhone? Или 10-фунтовая таблетка?
Более высокая плотность энергии также означает, что мы можем упаковать много энергии в более крупные мобильные устройства, такие как автомобили, самолеты, строительное оборудование и роботы.
Каковы риски высокой плотности энергии?
Когда в батарее содержится больше энергии, она может высвободить больше энергии, если что-то пойдет не так.
Жидкие электролиты, содержащиеся в литий-ионных батареях, очень летучи и могут привести к возгоранию, что представляет опасность возгорания. Из-за этого в эти батареи встроены функции безопасности, которые ограничивают их легкий вес и компактность.
Следовательно, чем выше плотность энергии батареи, тем более опасной она может быть, что накладывает ограничения (и риски) на дальнейшее продвижение.
Какой аккумулятор в настоящее время имеет самую высокую плотность энергии?
Безусловно, литий-ионные аккумуляторы лидируют, когда речь идет о высокой плотности энергии. Они изменили наш мир благодаря достижениям в области энергопотребления и портативности. На самом деле плотность энергии литий-ионных аккумуляторов колеблется в пределах 260-270 Втч/кг, а свинцово-кислотных — в пределах 50-100 Втч/кг.
За последнее десятилетие в литий-ионных батареях было сделано много достижений, в частности, связанных с их химическим составом. Используя различные материалы для анода и катода, инженеры могут экспериментировать с электрохимией и изменять плотность энергии, удельную мощность и многое другое.
Литий-ионный аккумулятор с самой высокой плотностью энергии — это литий-кобальт-оксидный аккумулятор. В качестве катода используется оксид кобальта, а в качестве анода — графит. Из-за высокой плотности энергии он популярен для смартфонов, ноутбуков, часов, автомобилей и любых компактных устройств, которым необходимо излучать энергию в течение длительного времени.
→ Рекомендуемая литература: Анод и катод: в чем разница?
Преодолевая ограничения: твердотельные батареи
Итак, если мы достигаем пределов в развитии литий-ионных аккумуляторов, что нам делать дальше? Будущее аккумуляторных технологий за твердотельными батареями.
Помните, что литий-ионные аккумуляторы имеют жидкий раствор электролита? Жидкое состояние этого раствора является фундаментальной проблемой. Он нестабилен, летуч при воздействии кислорода и может представлять значительный риск для безопасности. Это также ограничивает прогресс в размерах и плотности энергии из-за этих соображений безопасности.
Твердотельные батареи устраняют эти проблемы. Электролит в этих батареях является твердым, а не жидким, и поэтому имеет более высокую плотность энергии (в 2,5 раза больше), чем современные литий-ионные батареи. Они также имеют более быстрое время зарядки и меньше проблем с безопасностью, что делает батареи меньше и компактнее.
Хотя твердотельные батареи еще не доступны, они могут снова изменить наш мир.
Вот почему это важно
Плотность энергии аккумулятора имеет решающее значение, когда речь идет о его размере, продолжительности работы устройства и даже о безопасности аккумулятора. Фактически, это была ведущая тема совершенствования аккумуляторов и причина, по которой литий-ионные аккумуляторы так популярны.
Химики и инженеры постоянно стремятся создать безопасные, долговечные батареи с высокой плотностью энергии, и мы можем найти это идеальное решение в области химии твердотельных батарей. Будущее созрело для новых инноваций в литиевых батареях. Здесь, в Dragonfly Energy, мы совершаем революцию не только в достижениях в области твердотельных батарей, но и в производственном процессе.
У вас есть вопросы о плотности энергии и будущем батарей? Оставьте их в комментариях ниже!
Уход за аккумулятором в Windows
Windows 11 Больше…Меньше
Литий-ионные аккумуляторыявляются наиболее распространенным типом аккумуляторов, используемых в современных мобильных устройствах, включая ноутбуки и планшеты. Эти батареи быстро заряжаются, разряжаются с постоянной скоростью и обладают высокой плотностью энергии, что позволяет использовать батареи небольшого размера.
Если вы немного разберетесь в литий-ионных батареях, вы сможете увеличить срок службы батареи и общий срок службы батареи в вашем устройстве:
Емкость литий-ионных элементов уменьшается после определенного количества циклов зарядки и разрядки аккумулятора.
Это означает, что вам придется чаще заряжать аккумулятор, а общая емкость аккумулятора может снизиться.При использовании устройства следите за тем, чтобы заряд батареи регулярно разряжался ниже 50%. Это поможет уменьшить износ элементов аккумуляторной батареи.
Нижняя емкость аккумулятора
Когда емкость аккумулятора ниже, его нельзя заряжать так же, как раньше, по сравнению с тем, когда он был новее. Поэтому срок службы батареи может сократиться, и вам придется чаще ее заряжать.
Максимальная работоспособность батареи
Как и все батареи, литий-ионные элементы стареют и изнашиваются со временем и по мере использования. Чтобы продлить срок службы батареи и производительность, старайтесь поддерживать уровень заряда батареи между 20 % и 80 % несколько раз в неделю вместо того, чтобы использовать устройство в течение короткого промежутка времени, а затем подключать его к сети для подзарядки батареи. Если ваше устройство поддерживает интеллектуальную зарядку, включите ее, чтобы убедиться, что ваше устройство остается заряженным до рекомендуемого уровня заряда батареи, даже если вы держите свое устройство подключенным к сети.
При использовании аккумулятора следует избегать некоторых условий, поскольку они могут привести к более быстрому износу и старению аккумулятора:
Старайтесь не использовать устройство и не заряжать его при высоких температурах. Чрезвычайно высокие температуры могут привести к ускоренному износу литий-ионных аккумуляторов, что может привести к необратимому снижению емкости аккумулятора.
Храните устройство с аккумулятором, заряженным менее чем на 50 %, но не полностью разряженным.
Аккумуляторы, которые более полностью заряжены, а затем хранятся, могут быстрее разряжаться. Если вам нужно хранить устройство в течение длительного периода времени, перед хранением лучше убедиться, что уровень заряда батареи ниже 50%, но не полностью разряжен.
Когда батарея сильно изношена, срок службы батареи может быть очень коротким или литий-ионные элементы могут расшириться. Когда батарея расширяется из-за износа, это чаще всего вызвано образованием негорючего углекислого газа (CO2). Если батарея вашего устройства заметно расширилась за пределы механического корпуса, мы рекомендуем вам прекратить использование устройства. Обращайтесь с устройством с осторожностью, чтобы не надавить на аккумулятор и не проткнуть его.
Получить подробный отчет об аккумуляторе в Windows 11
Если вы хотите получить дополнительную техническую информацию об использовании батареи и расчетной емкости, вы можете использовать параметр командной строки Powerfg, встроенный в Windows 11, для создания отчета о батарее.
Выберите Найдите на панели задач, введите Командная строка , нажмите и удерживайте (или щелкните правой кнопкой мыши) Командная строка , а затем выберите Запуск от имени администратора > Да .
В командной строке введите powercfg /batteryreport , затем нажмите Введите .
Отчет о батарее будет представлять собой HTML-файл, который хранится в папке на вашем ПК. Расположение файла будет показано в окне командной строки.
Откройте проводник, перейдите в папку, в которой был сохранен отчет, а затем дважды щелкните отчет об аккумуляторе (файл HTML), чтобы открыть его в веб-браузере.