Сколько электролита в аккумуляторе 60: Сколько электролита в аккумуляторе? Разберем объемы вариантов от 55 до 190 Ампер-часов

55, 60, 75, 132, 190, количество, сколько нужно лить, объем

Автор Акум Эксперт На чтение 6 мин Просмотров 1.4к. Опубликовано 15.04.2021 Обновлено 15.04.2021

Самые распространённые автомобильные аккумуляторы – ёмкостью 60 А/ч и выше т.к. модели АКБ меньшей ёмкости просто не обеспечивают силу тока для запуска двигателя большинства машин. А сколько электролита в них лить разберемся в статье.

Таблица объёма электролита в аккумуляторах

Чтобы понять, сколько электролита должно быть в аккумуляторе, исходят из такого принципа: чем выше ёмкость батареи, тем больше потребуется использовать свинца, что скажется на ее объёме. Также нужно больше электролита для нормальной работы батареи.

В продаже имеются упаковки разных объемов — от 1 до 20 литров. Можно купить канистру 5 литров для доливки, её хватит для большинства АКБ. Но электролит — химически активная жидкость, и хранить его больше 1 года в полиэтиленовой канистре не рекомендуется.

Для удобства вычисления значений ёмкости аккумуляторных батарей и объёма заливаемого в них электролита сведены в таблицу. Пользуясь ей, можно быстро определить, сколько электролита в аккумуляторе 60 А*ч и другой ёмкости.

В статье рассматриваются только обслуживаемые АКБ. В необслуживаемых батареях уровень электролита остаётся примерно одинаковым на протяжении всего периода эксплуатации.

Емкость АКБ, А*час	Объем электролита, л
55	2,5
60	2,7-3,0
75	3,7-4,0
90	4,4-4,8
132	9,5
190	10

Для определения ёмкости АКБ, установленной в автомобиле, необходимо правильно расшифровать её маркировку. Аккумуляторы отечественного производства маркируются по ГОСТу 959-91. Маркировка включает 4 категории. Читается слева направо.

Первая, цифровая, говорит о количестве банок в АКБ. Вторая категория, буквенная («СТ»), сообщает, что батарея стартерная. Третья часть, числовая, указывает на ёмкость в ампер*часах (А*час). Четвертая, буквенная, указывает на особенности исполнения батареи.

Например, для батареи 6СТ-75 АЗ расшифровка маркировки указывает на то, что цифра «6» обозначает количество элементов АКБ. Буквы «СТ» указывают, что АКБ стартерная, число «75» — это ёмкость аккумулятора в А*час. Сочетание «АЗ» говорит о том, что в АКБ применена общая для всех элементов крышка. Перед продажей АКБ была заполнена электролитом и заряжена.

Для маркировки АКБ, изготовленных в Европе, применяются два стандарта. ENT является международным, а в Германии используется DIN.

Для расшифровки маркировки, нанесенной по стандарту ENT, надпись нужно поделить на 4 части.

Первая говорит о диапазоне ёмкости батареи в А*ч. Причем цифра «5» сообщает о диапазоне до 99 А*ч, цифра «6» — от 100 до 199 А*ч, а «7» — от 200 до 299 А*ч.

Вторая часть — обозначение точной ёмкости АКБ. В третьей части маркировки, состоящей из трех цифр, указаны конструктивные отличия модели — тип исполнения корпуса, полярность аккумулятора, вид и т. д. Оставшиеся три цифры указывают на пусковой ток в амперах. Для того чтобы его определить, это значение умножается на 10.

Кроме числовых обозначений на маркировке можно увидеть пиктограммы. Они указывают на особенности АКБ — совместимость с другим оборудованием, возможность работы с системой «Старт-стоп», назначение батареи и т. п.

Маркировка по стандарту DIN похожа на нанесённую по стандарту ENT. Она условно делится на 3 части. В первой, состоящей из одной цифры, указан диапазон ёмкости аккумулятора: цифра «5» говорит о ёмкости до 100 А*ч, «6» — до 200 А*ч, «7» — выше 200 А*ч. Вторая и третья цифры обозначают ёмкость АКБ, последняя, четвёртая и пятая — полярность, габариты, тип корпуса и т. п.

Как проверить уровень электролита

В АКБ с полупрозрачным корпусом производитель предусмотрел специальные отметки, по которым определяется содержание электролита. Для этого нужно установить батарею на ровную поверхность и на свету определить его уровень. Он должен находиться между отметок MIN и MAX.

Если корпус аккумуляторной батареи непрозрачный, уровень определяется специальной стеклянной мерной трубочкой. Если такого приспособления нет, подойдёт прозрачный корпус от шариковой авторучки.

Аккумуляторную батарею следует отсоединить от клемм, снять крепления и установить на ровной поверхности. Затем открутить пробки на заливочных горловинах. Замеряется уровень электролита просто — трубочка опускается в каждый отсек АКБ до соприкосновения с пластинами. Большим пальцем руки верхний конец трубочки зажимается, и она вынимается из отсека.

Проверка уровня электролита

По линейке или по отметкам на трубочке определяется уровень. Он должен быть от 12 до 15 мм. Если уровень электролита ниже этих значений, следует долить дистиллированной воды до требуемого. При значительном понижении уровня или для доливки в новую, сухозаряженную АКБ применяется электролит.

Доливать дистиллированную воду нужно потому что в аккумуляторе начинает испаряться вода. Серная кислота в основном не испаряется.

Понижение уровня электролита может быть связано с неисправностью реле-регулятора автомобиля. При этом зарядный ток от генератора не ограничивается, и аккумулятор находится в режиме постоянного заряда. Происходит «закипание» электролита и испарение воды.

Проверка и выравнивание плотности

Кроме замеров уровня нужно . При замере плотности учитываются климатические особенности местности. Для проверки применяют специальные приборы — ареометры. Они бывают двух типов: постоянной массы и поплавковые.

Ареометр прямого измерения

 

Плотность должна находиться в пределах 1,27 г/см³ во всех отсеках для регионов со средним умеренным климатом. Если она низкая, при отрицательных температурах электролит замерзает. Батарея неизбежно выйдет из строя.

Если плотность выше требуемой, срок службы аккумулятора снижается из-за сульфатации пластин и выпадения солей в осадок. Последний при достижении определенного уровня может замкнуть пластины в отсеке АКБ. Это повлияет на ёмкость и пусковой ток аккумулятора.

Плотность электролита замеряется при температуре воздуха +25 °С.

После определения уровня и плотности электролита аккумуляторную батарею нужно зарядить. Но перед этим подождать не менее трех часов для распределения электролитических свойств жидкости.

Перед зарядом аккумуляторную батарею нужно снять с автомобиля, установить на ровной площадке, очистить корпус от загрязнений. Также необходимо зачистить клеммы аккумулятора от оксидной пленки и загрязнений. Пробки заливных горловин всех банок нужно снять.

Подведем итоги

Срок службы аккумуляторной батареи автомобиля зависит от поддержания таких параметров: уровень и плотность электролита и уровень заряда. В противном случае любой, даже самый дорогой аккумулятор от известных мировых производителей быстро выйдет из строя.

Замеры уровня, доливка электролита и заряд аккумуляторной батареи производятся в хорошо проветриваемом помещении с применением средств защиты лица, глаз и рук. Попадание электролита на незащищённые части тела вызывает сильный химический ожог, а вдыхание его паров — отравление и заболевания. Не допускается использование открытого огня вблизи аккумуляторной батареи.

Спасибо, помогло!6Не помогло

Сколько Электролита в Аккумуляторе 60 и 55 а/ч Должно Быть Объем

Автор Сергей На чтение 8 мин Просмотров 139 Опубликовано 22.03.2021

Сколько электролита в аккумуляторе 60 АЧ. Стандартная аккумуляторная батарея обычно используется для легковых машин среднего класса, она может быть обычного вида и сухозаряженной. Первый вид продаётся уже с электролитом внутри, в то время как второй вид реализуется с ёмкостями, незаполненными жидкостным раствором.

Вес АКБ 60 с электролитом

Стандартно аккумулятор 60 А/ч 12 вольт складывается из корпуса и 6 банок. В которых находятся:

• Пластинки.
• Раствор электролита.
• Сепараторы.
• Основная часть его заключается в пластинах и в кислотном растворе, который намного тяжелее воды.
• Также основа аккумулятора слагается из крепкой специальной пластмассы, которая добавляет изделию дополнительный вес.
• Вес аккумуляторной кислотной батареи в основном колеблется в пределах 13-16 кг.

Размеры АКБ и виды клемм

Для установки аккумулятора под капот своего автомобиля вы должны быть ознакомлены с точной размерной сеткой всех видов подходящих батарей, а также с видами их зажимов. Желательно ознакомится с параметрами не только длины и ширины, но и узнать необходимую высоту. Чтобы аккумулятор смог поместиться точно на своё место.

Стандартная батарея 60 ач может выходить в трёх вариантах:

Вид АКБ	Ширина, см	Длина, см	Высота, см
Стандартизированный	17.5	24.2	19.0
Низкий	17.5	24.2	17.5
Азиатский	17.3	23.2	22.5

Стоит также учитывать разницу в типах клемм для точного выбора своего аккумулятора. На аккумуляторной батарее 60 ач могут быть установлены производителем такие типы зажимов:

• Стандартизированные. Такими клеммами чаще всего оборудованы европейские и российские аккумуляторы. Диаметр плюсового зажима составляет 19,5 мм, минусового – 17,9 мм.
• Азиатские. Клеммы данного типа преобладают на азиатских машинах. По форме эти зажимы выступают вверх над наружной частью АКБ. Здесь плюсовой зажим равен 12,7 мм, а минусовой – 11,1 мм.
• Американские. Такие зажимы встречаются на американских автомобилях, произведённых в США. Они стандартно располагаются на боку аккумулятора и обладают внутренней резьбой. Такие батареи не совмещаются с зажимами европейского или азиатского вида.

Все аккумуляторы могут выпускаться с прямой и обратной полярностью.

Аккумуляторы 55, 60, 75, 90, 190 А/ч – отличительные особенности

Стандартные батареи 55 и 60 распространены в конструкции обычных легковых автомобилей. А вот «семьдесят пятые» и «девяностые» аккумуляторы можно встретить на мощных внедорожниках. Либо машинах вип-класса, где присутствует большое количество дополнительных установок, включая электропакеты, климат и круиз контроли, очистители фар и т.д. В этом случае всем приборам необходимо большое количество энергии, которую должен вмещать в себя соответствующий аккумулятор.

Аккумуляторы большого объёма имеют значительный вес: 75-й – около 20 кг, а 90-й – приблизительно 25 кг. Что касается батареи 190 – она не устанавливается на легковые машины, а используется для автобусов, грузовой и специальной техники. Вес такого огромного аккумулятора может доходить до 42 кг. Также в наличии бывают другие типы батарей: 110, 140 и другие. Но эти типы единичные и встречаются довольно редко.

Сколько электролита в аккумуляторе 55, 60, 190 А/ч

Аккумулятор стандартно подбирается от объёма мотора машины. Чем больше ёмкость аккумулятора, тем большее количество электролита батарея будет вмещать. Ведь внутренняя площадь для заполнения у такой АКБ объёмнее. Рассмотрим, сколько электролита необходимо для разных видов аккумуляторов.

Ориентировочное количество электролита для АКБ разной ёмкости

Ёмкость АКБ, А/ч	Необходимое количество электролита, л.
55	2,5
60	2,7-3,0
65	3,5
75	3,7-4,0
90	4,4-4,8
190	10,0

Количество электролита также будет зависеть от модели и производителя аккумулятора. При наливке электролита необходимо соблюдать параметры, указанный производителем. Также нужно контролировать, чтобы электролит покрывал пластины ориентировочно выше на 1 см, но не более 1,5 см.

Правильная эксплуатация аккумуляторов и заливка электролита

Современные аккумуляторы стандартно делятся на 2 вида: обслуживаемые и необслуживаемые. Второй вид наиболее удобный для обычного пользователя, электролит в нём уже присутствует. И автовладелец использует его в таком виде, который был предусмотрен заводом-изготовителем.

Если у вас обслуживаемый аккумулятор, в который вам необходимо доливать электролит самостоятельно, вы должны тщательно придерживаться элементарных правил. Чтобы ваша батарея прослужила отведённое для неё время в полном объёме.

Читайте также: При зарядке аккумулятора кипит электролит 

Правила заливки электролита

• Для получения электролита следует использовать только дистиллированную воду. Ни в коем случае нельзя пользоваться водой из водопроводной системы. Количество дистиллята рассчитывается согласно рекомендациям производителя.
• Данный гидрораствор производится исключительно в керамической или стеклянной ёмкости. При этом кислота доливается в дистиллят, а не наоборот.
• Электролит время от времени следует доливать в АКБ и следить за его уровнем. Пластины должны покрываться полностью с запасом на 1 см.
• При зарядке аккумулятора выделяются вредные испарения, поэтому её нельзя проводить вблизи открытого огня и в жилом помещении.
• Незаряженная батарея не может сохраняться более суток с электролитом по причине химических процессов с пластинами.

Несоблюдении верного уровня электролита

И высокие, и низкие степени нахождения раствора электролита в аккумуляторе представляют угрозу безопасности.

• Опасность при чересчур высоком уровне: лишний электролит будет выходить через банки аккумулятора, что может спровоцировать взрыв или чрезмерное количество вредных газообразований.
• Опасность при чересчур низком уровне: при данном химическом процессе происходит сульфатация пластинок в банках аккумулятора. Также нежелательные воздействия низкого уровня вмещают в себя падение ёмкости батареи, установленной заводом-производителем и, как следствие, плохую работу аккумулятора.

Безопасность при подзарядке

Самая опасная операция при зарядке батареи – это её отключение от ЗУ. В отдельных случаях это может спровоцировать взрыв. Во время зарядки происходят реакции по выделению водорода из электролита. Однако, более подвержены таким реакциям профессиональные зарядные устройства большого размера.

Автовладельцы или мастера, которые имеют дело с зарядными устройствами, не должны приближаться к нему с сигаретами или другими видами огня. Отключать же зажимы возможно только после полного отсоединения ЗУ от электросети.

Какая величина тока необходима для зарядки аккумулятора 60 А/ч

Сила тока обусловлена ёмкостью батареи и считается из расчёта 10% от значения ёмкости. Если АКБ имеет ёмкость 60, то и величина тока рассчитывается до 6 ампер. При напряжении 14,4В такая батарея заряжается приблизительно за 10 часов.

Современные зарядные устройства включают в себя систему автоматического контроля за величиной тока. Использование данных функционалов является наиболее безопасным и удобным. Так как автовладельцу не нужно самостоятельно настраивать эти параметры и контролировать их.

Для каких авто подойдёт аккумулятор 60 А/ч

Стандартные батареи 60 ач 12 вольт подойдут к легковым машинам с мотором до 2-х литров. Считается, что отечественные автомобили, в которые заводом-производителем установлена батарея 55 ач, могут без негативных последствий перестроиться на АКБ 60 ач.

При этом размеры аккумуляторов этих ёмкостей должны быть идентичными и должно совпадать расположение зажимов, чтобы одна батарея с лёгкостью заменила другую. Считается, что смена 55 ач на 60 ач укрепит эксплуатационные позиции автомобиля.

Если у машины имеется в наличии система Старт-Стоп, то аккумулятор подбирается с технологией EFB, GEL или AGM. Такие батареи имеют выдержку к глубоким разрядам, но для их подзарядки понадобится специализированный зарядный функционал.

Правильный выбор аккумулятора 60 А/ч

Для длительной работы аккумулятора нужен соответствующий уход. Его нужно правильно заряжать, следить за уровнем электролита, очищать от налёта и грязевых загрязнений. При низких показателях температур в зимнее время батарею желательно заносить на ночь домой.

А некоторые водители для лучшей сохранности батареи устанавливают специальный термокейс с подогревающими пластинами. При смене аккумулятора всегда лучше сделать выбор в сторону проверенных марок.

Из отечественных марок наиболее известными являются: Магнум, АвтоФан, Торнадо, Аком, Зверь. Зарубежные модели, которые внушают доверие, указываются автолюбителями в таком порядке: Moratti, Varta, Uno, Fireball, Westa.

Данный список включает модели, обладающие всеми современными преимуществами для легковых машин с объёмом мотора до 2-х литров.

Что влияет на срок службы аккумулятора

Использование аккумулятора в период резкого колебания температур может привести к сокращению его срока эксплуатации. Кроме механических повреждений, которым может подвергаться батарея.

В зимний период на ней могут скапливаться кусочки льда в виде кристаллов, такому же замерзанию может подвергаться и электролит в банках батареи. Поэтому важно не давать АКБ переохлаждаться.

Если вы проживаете или используете автомобиль в регионе с суровыми зимами, вы можете просто заносить батарею домой на ночь. Когда температура воздуха опускается предельно низко, чтобы аккумулятор прогревался равномерно.

Некоторые автолюбители используют для этих целей термокейс с прогревающими пластинами. В противном случае на аккумуляторе могут образовываться трещины от перепадов температур, поэтому очень важно не давать ему сильно перемерзать.

Если вы не смогли уберечь свой аккумулятор, и трещина всё-таки образовалась, то такую батарею необходимо сразу отсоединить от систем автомобиля и утилизировать, потому что её дальнейшее использование запрещено.

Однако, если слегка вздувается сам корпус АКБ, но герметичность при этом соблюдается, эту батарею ещё можно эксплуатировать на автомобиле.

Проверить пригодность аккумулятора можно следующими способами

1. Для начала нужно сверить уровень и плотность электролита в батарее. Для этого откручиваются банки с проверяется уровень внутри банок. Далее АКБ следует установить на зарядку на 24 часа с током 1 А. При этом стоит производить замеры плотности электролита во время этой подзарядки. При увеличении плотности делается заключение о пригодности АКБ.
2. Для более детальной проверки необходимо слить старый электролит, полностью промыть банки дистиллятом, затем приготовить правильным способом новый раствор электролита, влить его и оставить на какое-то время. Далее подзаряжать в тихом режиме током 0,5 — 1 А. Если батарея рабочая, то плотность при замере через пару часов должна подняться.

Выводы

Для длительной эксплуатации АКБ нужно чётко следовать инструкциям – сколько электролита доливать в аккумуляторы того или иного объёма. Также на срок работы батареи будет влиять и плотность электролита, которую нужно замерять вовремя. Если объём электролита уменьшается, необходимо делать доливы приготовленного раствора согласно всем требованиям эксплуатации аккумулятора. Если выполнять все правила безопасности использования этого прибора, ваш аккумулятор будет работать долго и безопасно.

Мне нравится2Не нравится

Как проверить уровень электролита в аккумуляторе

Ни одна комплектация даже самого современного автомобиля не обходится без аккумуляторной батареи. Внутреннее пространство корпуса состоит из электродов или банок, как их ещё иначе называют, выполненных из пластин. Для протекания электрохимических процессов, на которых и основан принцип действия аккумулятора, электроды помещены в жидкую среду, именуемую электролитом.

Его роль в батареях свинцово-кислотного типа выполняет раствор концентрированной серной кислоты, которая служит неизменным компонентом с момента запуска их в производство. Кроме того, в состав электролитного раствора входит ещё дистиллированная вода, выполняющая функции растворителя химического реагента.

Дистилляция подразумевает полнейшую очистку воды от любых даже мельчайших примесей и включений. Почему нельзя использовать обычную воду хозяйственно-бытового назначения? Как известно, всякая жидкость из водопроводного крана или природного водоёма имеет в своём составе различные соединения солей, металлов и других компонентов. Следовательно, при разбавлении такой водой кислоты они тут же начнут вступать с ней во взаимодействие. Кроме того, такой ненадёжный электролитический раствор способен мгновенно привести в негодность пластины, сведя срок службы автомобильного источника тока практически к нулю.

Определение электролитической жидкости в аккумуляторной батарее

Существует два типа источников энергии, широко применяемых сегодня для автомобильной промышленности:

• Необслуживаемые устройства – заключены в герметичный корпус, полностью предотвращающий доступ из вне. Они, как правило, вырабатывают свой ресурс и подлежат замене. Восстановить их работоспособность самостоятельно нельзя. Единственное, что может делать владелец такой АКБ, – осуществлять её зарядку по мере необходимости.
• Обслуживаемые – требуют постоянного внимания и контроля. Необходимо регулярно следить за уровнем электролитного раствора, а также за его плотностью и состоянием пластин.

Как узнать уровень электролита

Электролитическая жидкость по мере хранения и эксплуатации способна изменять свой объём. Как можно проверить уровень электролита в аккумуляторной батарее? Существует несколько вариантов, каждый из которых может быть применён в конкретной ситуации:

1. По специальным меткам, нанесённым на корпус. Некоторые источники энергии имеют на внешней поверхности корпуса в её верхней части две горизонтальные линии, параллельные друг другу. Нижняя обозначена «min» – показывает минимально возможный уровень электролитного раствора. Верхняя имеет надпись «max» – максимально допустимый предел жидкой среды.
2. С помощью визуального осмотра. Он позволяет определить количество жидкого содержимого приблизительно. При отсутствии меток и других подручных средств достаточно просто открутить пробки на верхней крышке корпуса, установив при этом устройство на ровной горизонтальной поверхности. Заглянув внутрь, особенно при наличии хорошего освещения, можно понять по следующим критериям, достаточно раствора или нет:
   • пластины полностью скрыты жидкой средой, подтёки на внешней стороне корпуса отсутствуют – уровень в норме;
   • электроды видны (находятся вровень или выше поверхности жидкости) – требуется доливка.
3. Путём выполнения несложных замеров. Уровень электролита в аккумуляторе можно проверить, используя:
   • Прибор ареометр. Он позволит узнать плотность жидкости в каждой банке, что даст возможность сделать вывод о её количестве. Опускаем его поочередно в каждое отверстие, набираем при помощи груши раствор и смотрим на показания. Если значение выше нормы, то уровень недостаточен.
   • Подручные средства: прозрачную трубочку от сока или такой же корпус шариковой ручки. В отверстие на месте открученной пробки опускаем трубку до тех пор, пока она не упрётся в верхний край банки. Конец, оставшийся на поверхности, зажимаем пальцем, таким образом перекрыв поступление в неё воздуха. Удерживая палец, вынимаем трубку и замеряем высоту столбика жидкости, оказавшейся внутри неё. При нормальном уровне электролита её величина должна находиться в диапазоне от 11 до 15 мм.

Низкий уровень электролита в аккумуляторе

Как определить, что в аккумуляторе низкий уровень электролита? Об этом весьма красноречиво свидетельствуют:

• существенное повышение плотности;
• появление пластин над поверхностью жидкой среды.

Причин этому может быть несколько:

1. Испарение дистиллированной воды – это самый распространённый фактор уменьшения объёма в летнее время года. Как известно, слишком высокие температуры наружного воздуха провоцируют испарительные процессы. А при эксплуатации аккумуляторной батареи в этот период под капотом очень жарко.
2. Выкипание жидкости вследствие неисправности температурного реле – регулятора.
3. В результате разряда батареи на протекание электрохимических реакций расходуется часть кислоты.

Снижение уровня электролита ниже нормы в АКБ приводит к очень серьёзным последствиям:

• во-первых, раствор повышенной концентрации способствует ускоренному разрушению материала пластин;
• во-вторых, та часть поверхности электродов, что расположена выше границы жидкости, подвергается сульфатации.

В обоих случаях исход одинаков: быстрая утрата ёмкости и преждевременный выход из строя источника энергии. Значит, потребуется его замена. А где гарантия, что новая аккумуляторная батарея столь же быстро не утратит свою работоспособность?

Вариант один – научиться правильно эксплуатировать и обслуживать АКБ, а в первую очередь поддерживать в норме жидкую составляющую.

Какой должен быть уровень электролита в аккумуляторе? Норма – когда электролитный раствор на 1–1,5 сантиметра находится выше электродных пластин, полностью покрывая их при движении авто. Причём уровень электролита должен быть одинаков в каждой банке – это очень важно для надёжной работы батареи.

Сколько должно быть электролита в аккумуляторах разного объёма

Как известно, в зависимости от объёма двигателя подбирается источник питания. Будет ли одинаков объём электролита в аккумуляторе ёмкостью 60 А/ч и 35 А/ч? Конечно же, нет. Чем мощнее устройство, тем больше его габариты, а следовательно, большее внутреннее пространство корпуса АКБ нужно заполнить. Рассмотрим подробнее, сколько электролита и в каком аккумуляторе должно быть.

В самом популярном для легковых авто аккумуляторе ёмкостью 55 А/ч объём электролита составляет примерно 2,5 литра, что в общем-то совсем немного.

А вот на автобусах применяют батареи, ёмкостные характеристики которых в разы превосходят аналогичный параметр стандартных машин. Тогда сколько электролита требуется залить в аккумулятор, если его ёмкость равна 190 А/ч? Ориентировочно во столько же раз больше, во сколько раз отличаются их величины мощности.

На современных внедорожниках установлены источники энергии увеличенной мощности, ведь и двигатель у них большего объёма. Сколько вмещается электролита в аккумулятор ёмкостью 75 А/ч? Опять же, если взять за базовую величину самый востребованный, то, вычислив разницу в их ёмкости, несложно определить и нужный объём жидкости.

АКБ на 60 А/ч чаще встречаются в автомобилях иностранного производства. Сколько литров электролита должно быть в аккумуляторе ёмкостью 60 А/ч? Этот объём тоже невелик и в зависимости от его производителя находится в пределах от 2,7 до 3 литров.

Как-то привычно, что весь модельный ряд источников энергии кратен цифре пять. Но оказывается, есть модель, которая выбивается из установленной закономерности. Сколько нужно электролита, чтобы заполнить свободное пространство в аккумуляторе ёмкостью 62 А/ч, который используют на автомобилях ГАЗ? Это количество практически не отличается от 60-амперного устройства.

Теперь становится ясно, сколько электролита заливать в каждый аккумулятор – всё зависит от его параметров и габаритов.

Как скорректировать объём электролита

Уровень электролитной жидкости меняется в зависимости от условий и правил эксплуатации, температурного режима. Если её объём снизился, то его нужно нормализовать. Понять, что количество жидкости уменьшилось, можно, выполнив проверку уровня электролита в аккумуляторе.

Сколько доливать электролита

Количество жидкой среды в АКБ должно соответствовать норме. Нормальный уровень жидкости в батарее – это когда электроды полностью скрыты под её толщей и над ними ещё, как минимум, 10 мм. Другими словами, даже не зная, сколько электролита должно быть в аккумуляторе, можно просто залить его до уровня, соответствующего нормальному.

Например, мы знаем, сколько электролита должно находиться в аккумуляторе мощностью 55 А/ч. Это 2,5 литра. Такого объёма вполне достаточно, чтобы над пластинами его уровень составил не менее одного сантиметра, но и не более полутора.

Чем доливать электролит

Чем доливать электролит и какой уровень дистиллированной воды должен быть в аккумуляторе? Здесь всё будет зависеть от плотности оставшегося электролита. Если она высока, то доливаем до нормы дистиллированную воду. При низкой её величине добавки требует кислота.

Нельзя доливать электролитный раствор – АКБ легко вывести из строя. После добавления воды батарею необходимо зарядить.

Завершающий этап работы с АКБ

Уровень электролита в автомобильном аккумуляторе проверен и доведён до нормы. Осталось привести саму батарею в рабочее состояние:

1. Тщательно протираем и вкручиваем на место пробки.
2. Убираем все подтёки и капли с корпуса, используя ветошь и исключая контакт кожных покровов с электролитом.
3. При попадании раствора на другие поверхности и одежду – смываем водой.
4. Внимательно следим за источником энергии, своевременно освобождая его поверхность от расплескавшейся при эксплуатации авто жидкости.

Безопасность при работе с электролитом

Электролит представляет собой раствор концентрированной серной кислоты, способный вызвать ожоги на теле или причинить серьёзную травму при попадании в глаза. Поэтому при работе с ним обязательно применять меры предосторожности:

1. При выполнении любых манипуляций с жидкой средой аккумуляторной батареи надевать прочные резиновые перчатки, не имеющие дефектов, и очки.
2. Осуществлять зарядку устройства, доливку, замеры уровня или замену электролитного состава только в хорошо проветриваемом помещении или на свежем воздухе – кислотные пары опасны для вдыхания.
3. Всегда держать рядом ёмкость с чистой водой, чтобы иметь возможность быстро промыть место случайного попадания кислоты на кожу.

Выводы

Уровень электролита в аккумуляторе – одна из важнейших его характеристик, во многом определяющая надёжность работы и жизненный цикл.

Какой уровень жидкости должен быть в аккумуляторе, известно – на 1,0–1,5 см выше верхнего края электродов. За этим нужно строго следить и не допускать «оголения» пластин, тогда и проблем с запуском двигателя не будет.

Уровень электролита и его плотность в каждой банке должны быть абсолютно одинаковы – это необходимо для стабильности его работы и равномерного эксплуатационного износа.

Сколько свинца в аккумуляторе | Таблица содержания свинца по маркам АКБ

От того, сколько свинца в аккумуляторе, зависит цена источника питания при продаже на лом. Зная точное количество металла, вы решите, как поступить с батареей: разобрать и сдать чистый цветной металл или отправить на переработку в собранном виде.

Содержание свинца в различных типах аккумуляторов

Приём б/у аккумуляторов включает анализ устройства на содержание металлов в составе. Количество цветмета зависит от ёмкости АКБ и представлено такими значениями:

• 55 А/ч. Всего – до 10,5 кг свинца. Извлечь без специального оборудования получится около 3-3,5 кг.
• 60 А/ч. Всего – 12 кг. Сколько свинца в АКБ доступного к самостоятельному извлечению? Только 3,4 кг чистого сплава.
• 75 А/ч. Всего – 15,5 кг. Для самостоятельного извлечения доступно 4,5 кг.
• 90 А/ч. Всего – 19 кг, из которых вы извлечёте 5,5 кг.
• 190 А/ч. Всего – 30 кг, количество добываемое вручную сплава – 8-9 кг.

Чаще встречаются источники питания на 55, 60 и 190 А/ч. Ёмкие модели выгоднее разбирать и сдавать на лом чистый металл.

Сколько электролита в аккумуляторе?

Сколько свинца в 1 аккумуляторе зависит от содержания электролита. Рабочее вещество занимает 20-25% от массы устройства. Точный объём жидкости связан с ёмкостью источника.

В батареях на 55 А/ч – 2,5 литра электролита. Для моделей на 60 А/ч используют на 0,2-0,5 литра больше. Чем выше ёмкость устройства, тем больше электролита требуется.

Вес составных частей аккумулятора

Когда проводится скупка аккумуляторов, важно не только сколько свинца в автомобильном аккумуляторе или устройствах другого типа. Важен вес всех элементов конструкции, так как некоторые из них тоже подходят для утилизации и могут принести доход.

Общее содержание неметаллических элементов, а также цветных металлов другого вида – 10-12% от массы устройства. Для установления точного веса понадобится разобрать источник питания и взвесить каждую пластину и другие составляющие. В обычном АКБ на 55 Ампер содержится 1,5-1,7 кг неметаллических элементов (то есть выполненных из ПВХ).

Зачем знать содержание свинца в аккумуляторе?

Компания К-2 занимается скупкой металлолома, в том числе источников питания для переработки и утилизации. Зная, сколько цветного металла в устройстве, вы заранее просчитаете стоимость батареи и выберите удобный вариант сотрудничества – с самостоятельным разбором и АКБ на цветмет или предоставив сортировку и прочие сложные работы нашим сотрудникам.

Аккумуляторы стартерные

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор 6 ст-55	12,1
Аккумулятор 6 ст-60	13,2
Аккумулятор 6 ст-66	14,3
Аккумулятор 6 ст-74	15,4
Аккумулятор 6 ст-77	16,2
Аккумулятор 6 ст-90	20,5
Аккумулятор 6 ст-100	19,8
Аккумулятор 6 ст-110	25,6
Аккумулятор 6 ст-132	31,4
Аккумулятор 6 ст-140	36,9
Аккумулятор 6 ст-190	47,9
Аккумулятор 6 ст-215	27,3
Аккумулятор 3 ст-150 эм	23,2
Аккумулятор 3 ст-155 эм	25
Аккумулятор 3 ст-215 эм	35,8
Аккумулятор 6 ст-50 эм	17,5
Аккумулятор 6-ст 55 эм	19,2
Аккумулятор 6 ст-60 эм	21,1
Аккумулятор 6 ст-75 эм	25,6
Аккумулятор 6 ст-75 тм	23,9
Аккумулятор 6 ст-90 эм	30,4
Аккумулятор 6 ст-132 эм	43,1
Аккумулятор 6 ст-182 эм	60,4
Аккумулятор 6 ст-190 тм	61,7

Стационарные АКБ открытого типа

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор ПСК, СК-1	6,8
Аккумулятор ПСК, СК-2	12
Аккумулятор ПСК, СК-3	16
Аккумулятор ПСК, СК-4	21
Аккумулятор ПСК, СК-5	25
Аккумулятор ПСК, СК-6	30
Аккумулятор ПСК, СК-8	37
Аккумулятор ПСК, СК-10	46
Аккумулятор ПСК, СК-12	53
Аккумулятор ПСК, СК-14	61
Аккумулятор ПСК, СК-16	68
Аккумулятор ПСК, СК-18	101
Аккумулятор ПСК, СК-20	110
Аккумулятор ПСК, СК-24	138
Аккумулятор ПСК, СК-28	155
Аккумулятор ПСК, СК-32	172
Аккумулятор ПСК, СК-36	188
Аккумулятор ПСК, СК-40	208
Аккумулятор ПСК, СК-44	226
Аккумулятор ПСК, СК-48	243
Аккумулятор ПСК, СК-52	260
Аккумулятор ПСК, СК-56	278
Аккумулятор ПСК, СК-60	295
Аккумулятор ПСК, СК-64	312
Аккумулятор ПСК, СК-68	330
Аккумулятор ПСК, СК-72	347
Аккумулятор ПСК, СК-76	365
Аккумулятор ПСК, СК-80	382
Аккумулятор ПСК, СК-84	397
Аккумулятор ПСК, СК-88	414
Аккумулятор ПСК, СК-92	434
Аккумулятор ПСК, СК-96	450
Аккумулятор ПСК, СК-104	467
Аккумулятор ПСК, СК-108	487
Аккумулятор ПСК, СК-112	506
Аккумулятор ПСК, СК-116	524
Аккумулятор ПСК, СК-120	541
Аккумулятор ПСК, СК-124	559
Аккумулятор ПСК, СК-128	577
Аккумулятор ПСК, СК-132	592
Аккумулятор ПСК, СК-136	312
Аккумулятор ПСК, СК-140	631
Аккумулятор СКЭ-16	69
Аккумулятор СКЭ-18	75
Аккумулятор СКЭ-20	85
Аккумулятор СКЭ-24	105
Аккумулятор СКЭ-28	120
Аккумулятор СКЭ-32	144
Аккумулятор СКЭ-36	159
Аккумулятор СКЭ-40	176
Аккумулятор СКЭ-44	191
Аккумулятор СКЭ-48	208
Аккумулятор СКЭ-52	223
Аккумулятор СКЭ-56	240
Аккумулятор СКЭ-60	255
Аккумулятор СКЭ-64	271
Аккумулятор СКЭ-68	287
Аккумулятор СКЭ-72	303
Аккумулятор СКЭ-76	319

Стационарные АКБ закрытого типа

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор 3 СН-36	13,2
Аккумулятор СН-72	7,5
Аккумулятор СН-108	9,5
Аккумулятор СН-144	12,4
Аккумулятор СН-180	14,5
Аккумулятор СН-216	18,9
Аккумулятор СН-228	23,3
Аккумулятор СН-360	28,8
Аккумулятор СН-432	34,5
Аккумулятор СН-504	37,8
Аккумулятор СН-576	45,4
Аккумулятор СН-648	48,6
Аккумулятор СН-720	54,4
Аккумулятор СН-864	64,5
Аккумулятор СН-1008	74,2
Аккумулятор СН-1152	84

Замена электролита в аккумуляторе в домашних условиях

Автомобильные аккумуляторы сегодня представлены двумя наиболее распространенными типами: необслуживаемые и обслуживаемые АКБ. В первом случае штатно реализована только возможность дозаряжать батарею при помощи зарядного устройства.

Второй тип аккумуляторов позволяет не только заряжать батарею, но и производить проверку плотности электролита в «банках» (секциях), анализировать его состояние. При необходимости уровень электролита также можно повысить или полностью заменить жидкость.

Что касается необслуживаемых батарей, получение доступа к электролиту также возможно, однако предполагает самостоятельное внесение изменений в устройство корпуса аккумулятора. Если точнее, потребуется высверливать дополнительные отверстия и затем их герметизировать.

Далее мы поговорим о том, для чего нужен электролит в аккумуляторе, можно ли доливать электролит в аккумулятор и как это правильно сделать. Также будут рассмотрены частые вопросы касательно того, что лучше, дистиллированная вода или электролит в аккумулятор, как производится замер уровня, как выполняется полная замена электролита в АКБ и последующая зарядка батареи.

Содержание статьи

Когда нужно доливать электролит в аккумулятор и как это делается

Начнем с того, что общий принцип работы батареи заключается в возможности накопления электрического заряда благодаря протекающим химическим реакциям между электролитом и свинцовыми пластинами внутри аккумулятора. Указанные реакции протекают под воздействием электрического тока.

Ток подается на АКБ во время работы двигателя. Если точнее, подача электричества происходит от автомобильного генератора. Также  отдельно заряжать аккумулятор можно при помощи внешнего зарядного устройства (ЗУ). В процессе эксплуатации наиболее частой неисправностью аккумулятора является потеря плотности электролита. К основным причинам можно отнести старение, сульфатацию пластин, перезаряд или недозаряд АКБ.

Сульфатация пластин, как правило, является результатом недостаточно заряда. Дело в том, что внутри батареи находятся специальные решетки, в которых находится диоксид свинца. При разряде батареи оксид свинца восстанавливается на катоде, при этом также активизируется окислительный процесс на аноде. Если просто, анод и катод можно условно считать более привычным «плюсом» и «минусом».

Указанные процессы приводят к тому, что происходит усиленное образование сульфата свинца. Результатом такого образования становится снижение плотности серной кислоты в составе электролита. В этом случае необходимо измерить плотность специальным прибором (ареометром), после чего необходимо поднять данный показатель до нужного значения.

При этом неправильным подходом является долив электролита сразу после замеров, то есть прямо на авто. Чтобы избежать ошибок, нужно знать, как добавлять электролит в аккумулятор. Дело в том, что плотность следует измерять на АКБ, которая была предварительно полностью заряжена.

Также в «банках» должен быть нормальный уровень электролита. Игнорирование данных правил приводит к тому, что процесс сульфатации не прекращается, батарея выходит из строя. Если же плотность на заряженной батарее находится в рекомендуемых пределах от 1.27 до 1.29, тогда электролит  просто доливается по уровню и аккумулятор эксплуатируется далее.

Когда плотность оказывается меньше рекомендуемой, тогда для начала следует реализовать несколько циклов, предполагающих полный заряд-разряд АКБ. Только затем можно долить свежий электролит, добиваясь нужной плотности. В тех случаях, когда плотность электролита выше нормы, тогда в аккумулятор доливают дистиллированную воду. Использование обычной воды не рекомендуется, так как возможно выпадение осадка и другие нежелательные последствия.

Добавим, что еще важно учитывать, сколько нужно электролита в аккумулятор. Данная информация пригодится в ситуациях с доливом,  так как в случае полной замены электролита желательно  заранее уточнить необходимое количество у продавцов АКБ, на профильных авто форумах или из других источников.

Что касается обслуживаемого аккумулятора, ответом на вопрос, как проверить уровень электролита в аккумуляторе, является необходимость выкрутить пробки на «банках». После их откручивания можно увидеть метки, указывающие на  уровень. Если таких меток нет, дистиллированную воду или электролит доливают так, чтобы перекрыть поверхность пластин на 5 или 7 мм.

Следует отдельно учитывать, что уровень не должен быть слишком высоким. Нужно добиться того, чтобы оставалось 2 см. до среза пробки. С необслуживаемым аккумулятором возникают дополнительные сложности как с получением доступа к «банкам», так и с определением уровня, количества электролита и т.п. По этой причине производить такие манипуляции без соответствующего опыта не рекомендуется.

Как поменять электролит в аккумуляторе автомобиля и когда это нужно

Итак, теперь давайте рассмотрим ситуацию, когда требуется полная замена электролита в АКБ. Чаще всего понять, нужно ли менять электролит в аккумуляторе, помогает его визуальная оценка и некоторые другие  характерные признаки.

Как правило, на необходимость замены указывает:

• мутный электролит в аккумуляторе, изменение цвета;
• не удается добиться нужной плотности после зарядки АКБ;

Также специалисты рекомендуют в полном объеме поменять электролит  в тех случаях, когда относительно новый аккумулятор стал быстро разряжаться после полной зарядки при помощи ЗУ, во время проверки было выявлено, что в аккумуляторе в одной банке нет электролита, ранее происходило замерзание электролита и т.д.

На практике помутнение указывает на то, что в АКБ изначально залит электролит низкого качества, также возможен вариант использования низкосортного продукта на долив. Также к помутнениям приводит заливание проточной, а не дистиллированной воды. Еще возможно, что доливаемая вода содержит посторонние примеси.

Следующей причиной того, что электролит мутный, становится повреждение, а также осыпание пластин. Параллельно не следует исключать вероятность короткого замыкания в одной секции или сразу в нескольких. Как правило, появление мутного осадка серого цвета указывает на осыпание пластин, черный или темный цвет электролита выступает признаком плохого качества основных компонентов электролита (воды и/или кислоты). Коричневый цвет свидетельствует о том, что в аккумуляторе короткое замыкание.

Необходимо учитывать, что в случае осыпания или короткого замыкания решение поменять электролит в ряде случаев может не привести к положительному результату. Дело в том, что для восстановления работоспособности необходимо также отдельно ремонтировать секции АКБ, при этом такая операция требует спецоборудования.

В остальных случаях замена электролита в аккумуляторе в домашних условиях вполне возможна. Более того,  правильно выполненная процедура может существенно продлить срок службы АКБ. Для реализации задачи понадобиться заранее подготовить:

• свежий электролит с нужной плотностью;
• дистиллированную воду;
• ареометр для замеров плотности;
• резиновую грушу или шприц для откачки старого электролита из банок;
• воронку для удобства залива чистой воды и электролита;
• емкость для слива старого электролита, выкачиваемых излишков и т.п.

Обычные стеклянные банки или бутылки хорошо подойдут в качестве емкости, так как на них не воздействует серная кислота. Еще желательно иметь защитные очки и резиновые перчатки, так как работа с кислотными растворами предполагает соблюдение  определенных правил техники безопасности.

Дело в том, что электролит после попадания на открытую кожу может причинить химические ожоги. Также значительную опасность такой раствор представляет для глаз. При попадании на кожу электролит нужно немедленно смыть при помощи содового раствора. В случае попадания в глаза нужно промыть их большим количеством воды, после чего немедленно обратиться за профессиональной медицинской помощью.

Итак, перейдем к замене. Сразу отметим, на начальном этапе нужно знать, как правильно слить электролит с аккумулятора.  Вполне очевидно, что многие стремятся быстрее убрать жидкость из АКБ, при этом не задумываясь о том, можно ли переворачивать аккумулятор при замене электролита.

Казалось бы, достаточно открутить пробки на банках, перевернуть батарею и слить из корпуса старый электролит. Обратите внимание, в половине случаев такой подход приводит к окончательному выходу аккумулятора из строя. Дело в том, что частицы осадка, которые осели в нижней части, после переворачивания застревают между пластинами. В результате в АКБ далее возникнет короткое замыкание. Если вы ранее не обслуживали батарею, тогда рекомендуем ознакомиться с тем, как правильно заправить аккумулятор электролитом.

• Первым делом нужно снять батарею и обтереть корпус, удаляя  различные загрязнения. Для этих целей лучше всего подходить тряпка, которую предварительно смачивают в растворе воды и соды. Чтобы сделать сам раствор, следует пару столовых ложек соды развести в литре воды.
• Затем нужно окрутить заливные пробки на АКБ, после чего производится проверка уровня электролита, его состояние, цвета. Также нужно оценить степень заряда батареи при помощи мультиметра.
• Если жидкость явно нуждается в замене, тогда далее старый электролит откачивается из банок грушей, шприцем или при помощи любого другого подобного решения.
• Далее в опустевшие банки нужно залить дистиллированную воду, после чего аккумулятор слегка покачивают. Это нужно для промывки. Промывают АКБ несколько раз, на каждом этапе сливая воду из банок. Делать это необходимо до тех пор, пока вода не станет полностью прозрачной.
• Затем можно залить в банки свежий электролит, причем не нужно сразу стремиться довести его плотность до нормы.
• Теперь аккумулятор нужно поставить на зарядку от ЗУ. Только после полного окончания процесса зарядки производится проверка плотности ареометром.
• Дополнительно перед замерами рекомендуется выждать время, чтобы батарея успела остыть. Обычно требуется 1.5-2 часа. Затем (на основании полученных при замерах данных) осуществляется корректировка путем подбора нужного соотношения воды или электролита.

На практике процедура замены предполагает откачивание из каждой банки электролита, после чего производится его слив в заготовленную для этих целей емкость. При этом нужно учесть, что удалить жидкость полностью таким способом не выйдет.

1. Для  наиболее эффективного удаления нужно медленно наклонять корпус АКБ, выбирая жидкость. Однако нужно помнить, что переворачивать корпус категорически запрещено, как и было сказано выше. Чтобы не держать батарею, можно подкладывать под корпус бруски или другие предметы для упора.
2. Также на носике груши можно дополнительно установить гибкую трубку (например, от капельницы). Главное, чтобы диаметр трубки, позволял плотно ее надеть и зафиксировать.
3. После слива жидкости из банок наклоненный аккумулятор устанавливается в нормальное положение, затем в каждую банку заливается дистиллированная вода через воронку.
4. Во время промывки не допускается трясти аккумулятор, резко наклонять корпус и т.д. Будет достаточно нескольких плавных наклонов в разные стороны. После этого вода сливается, процедура промывки повторяется.
5. Теперь можно залить электролит, однако не следует сразу доводить его количество до нужного уровня. Дело в том, что электролиты в продаже имеют повышенную плотность. Это значит, что далее раствор нужно разбавлять дистиллированной водой. В самом начале будет достаточно придерживаться приблизительных показателей, так как до нормы плотность доводится уже после заряда АКБ.

Также добавим, что после того, как электролит был залит, нужно плавно наклонить аккумулятор несколько раз (как и при промывке). Это позволит удалить воздух из банок аккумуляторной батареи. Теперь пробки можно прикрыть, но не закручивать полностью. Саму батарею необходимо оставить на пару часов. Это нужно для отстаивания жидкости в банках.

Затем потребуется снова проверить уровень электролита и его плотность, доливая кислоту или воду при такой необходимости. Также при необходимости можно добавить в электролит специальную присадку, которая помогает удалить сульфаты с электродов. Далее нужно выждать, пока под действием электролита из корпуса окончательно не выйдут все остатки воздуха, а также растворится присадка. Отметим, что добавка растворяется около 2 суток. После этого АКБ можно ставить на зарядку.

После замены электролита сколько нужно заряжать аккумулятор

В самом начале заряжать батарею после замены электролита рекомендуется малыми токами (0.1 А). Для зарядки нужно открутить пробки и подключить ЗУ. Главное, чтобы аккумулятор после замены электролита заряжался циклично, то есть предполагается схема «заряд-разряд».

Данный процесс  нужно повторять до тех пор, пока плотность электролита не достигнет нужного показателя. Параллельно нужно следить за тем, чтобы электролит в АКБ не выкипал. На полную зарядку укажет напряжение 2.4 В применительно к отдельной секции  или 14-15 В на клеммах батареи.

После того, как будет достигнуто номинальное напряжение, ток заряда следует уменьшить в два раза. Если в течение 2 часов плотность электролита не меняется, тогда можно прекратить процесс зарядки.

Что касается разряда-заряда и цикличности, разряжать батарею нужно, в среднем, до половины емкости, после чего снова производится полная зарядка. Для разряда АКБ к клеммам подключается потребитель (для этих целей можно использовать простые 12 В автолампочки). После подключения производится контроль напряжения батареи, чтобы не допустить глубокого разряда. Когда разрядка достигает отметки 10.5 В, аккумулятор снова ставится на зарядку.

Что в итоге

Как видно, в ряде случаев удается эффективно восстановить работоспособность автомобильного аккумулятора путем промывки банок и заправки нового электролита. При этом  все равно не стоит рассчитывать на то, что замена электролита позволит батарее отработать долгий срок. В одних случаях АКБ нормально работает 6-12 и более месяцев, тогда как в других проблемы могут начаться через несколько дней.

Напоследок добавим, что также не рекомендуется производить какие-либо манипуляции с необслуживаемыми АКБ. Такие батареи лучше сразу менять на новые в том случае, если элементу не удается вернуть работоспособность после одного или нескольких циклов «разряд-заряд».

Что касается утилизации старого электролита, нельзя сливать раствор в водоемы, выливать на землю, в каналаизацию и т.п. Дело в том, что кислоту нужно сначала нейтрализовать. Для решения задачи рекомендуем отдельно изучить этот вопрос на профильных форумах или получить профессиональную консультацию специалистов. Это позволит точно определиться с наиболее подходящим вариантом, кторый будет оптимальным в каждом отдельном случае.

Читайте также

шаг за шагом — Информация

Несмотря на то, что сегодня большую часть прилавков в магазинах по продаже автомобильных аккумуляторов занимают батареи, не требующие частого обслуживания или так называемые условно необслуживаемые источники питания, бывают ситуации, когда избежать этого невозможно. Одной из самых важных и сложных сервисных операций является замена электролита. О том, как она проводится, и что для этого нужно, поговорим дальше.

У нас вы сможете не просто приобрести электролит высокого качества, но и получить полный спектр по проверке, заливки и диагностики аккумулятора, с возможной заменой батарею на новую и более свежую, с минимальной доплатой, которая значительно сэкономит ваши деньги.

 

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея – прибор, предназначенный для хранения энергии при помощи химических реакций, происходящих в растворе серной кислоты и дистиллированной воды. Этот раствор называется электролитом, и периодически нуждается в замене. Решение данной задачи особенно актуально, если речь идет о восстановлении старой батареи. В этом случае поменять электролит перед зарядкой стоит обязательно.  

 

Для того чтобы заменить электролит в аккумуляторе, вам понадобится несколько инструментов и несложных приспособлений. В частности, приготовьте:

 

 

Кроме того, для приготовления электролита понадобится вода и серная кислота (возможно применение готового раствора, который продается в магазинах).

 

Теперь перейдем к главному – рассмотрим пошаговую инструкцию по замене электролита в автомобильном аккумуляторе:

 

1. Перед заменой электролита промываем батарею изнутри дистиллированной водой. Это позволит удалить механические загрязнения из корпуса. При промывке аккумулятор желательно интенсивно потрусить, пока вся угольная крошка не выйдет вместе с водой. После этого устраняем отложения солей на электродах, и приступаем к следующей операции.

 

2. Берем бутылку с готовым электролитом, плотность которого должна составлять 1,28 г/с м³ , и заливаем его в каждую из «банок» через воронку с узким горлышком. При необходимости или по желанию на этом этапе в электролит можно добавить специальные присадки, например, для удаления сульфата с электродов. После того, как под действие электролита из корпуса выйдет весь воздух, а присадка полностью растворится, можно приступить к зарядке. Не торопитесь — обычно полное растворение присадки наступает не ранее, чем через 40-48 часов.

 

3. Открутите пробки и подключите пуско зарядное устройство для аккумулятора. Аккумулятор после замены электролита должен заряжаться циклично, то есть, соблюдая схему «зарядка-разрядка». Этот процесс длится до тех пор, пока плотность полностью не восстановится. При таком режиме зарядки ток должен составлять 0,1 А. Следите за тем, чтобы электролит не «выкипал». О полной зарядке свидетельствует напряжение 2,4 В на каждый секции или 14-15 В на клеммах.

 

4. После достижения номинального напряжения следует уменьшить зарядный ток в два раза. В том случае, если на протяжении 2 часов плотность остается неизменной, зарядку можно прекращать.

 

5. Разряжаем батарею с применением тока 0,5 А до тех пор, когда напряжение будет около 10 В. Из времени продолжительности разряда и величины имеющегося тока необходимо вычислить емкость. В том случае, если этот показатель ниже 4 ампер/часов, цикл заряда нужно повторить. 
6. А так же можно для экономии времени просто напросто сдать отработанную аккумуляторную батарею т.е. аккумулятор и с доплатой приобрести новую стартерную аккумуляторную батарею.

      

05.12.2012, 78809 просмотров.

Сколько свинца содержится в аккумуляторах различных типов? Таблица количества свинца в АКБ в кг |

Зная, сколько свинца в аккумуляторе, вы определите, как поступить: сдать источник питания целиком или извлечь и продать чистый цветмет.  Независимо от решения, «ПАК» гарантирует отличные условия.

Мы предлагаем выгодно сдать свинец у вас, чтобы не пришлось искать пункт скупки и тратить время на поездку. Взвешиваем и оцениваем металл в присутствии клиента. Вы знаете, что получили честное вознаграждение по оговоренной цене. Совершаем моментальную покупку. Не нужно приезжать в пункт приема завтра за деньгами – получайте доход сегодня. Если партия большая, мы рекомендуем заказать вывоз б/у аккумуляторов. Услуга включает выезд машины, взвешивание, оценку, погрузку в авто и доставку.

Содержание свинца в различных типах аккумуляторов

Необходимость разбирать АКБ вызвана желанием заработать больше денег. Неопытным сдатчикам кажется, что пластина в батареях весит много. Старый аккумулятор – это не источник свинца на 100%. Цветмет используется в сплавах. Присутствуют неметаллические элементы. Точно назвать, сколько свинца в одном аккумуляторе, может оценщик.

Состав АКБ в процентном соотношении:

• свинец, компоненты цветмета – до 70%;
• электролит занимает 20% от массы;
• пластиковый корпус, перегородка – до 10%.

Процентное соотношение указано приблизительно. Известно, что вес АКБ 6 ст-55 без электролита немногим больше 12 кг. Модель ст-60 имеет массу 13,2 кг. Старый аккумулятор 6 ст-190, сданный на лом, приносит отличный доход. Без электролита весит почти 50 килограмм.

Как получать максимальную прибыль?

• оставлять заявку онлайн или звонить менеджеру;
• уточнять актуальную цену вторсырья;
• учитывать количество электролита, ПВХ.

В процессе оценивания конкретной модели, специалист «ПАК» определяет, сколько свинца в АКБ и какое вознаграждение предложит за него. Например, батарея на 55 Ампер-часов содержит больше 10 кг цветмета. Его можно сплавить, чтобы использовать для рыбалки.

Сколько электролита в аккумуляторе?

Объем жидкости зависит от емкости источника питания. Для заправки аккумулятора на 55 А/ч необходимо взять 2,5 л электролита. Источнику питания на 60 А/ч потребуется на 0,2-0,5 л больше.

Вес пластика и прочих металлов

Приблизительное содержание другого цветмета и неметаллических элементов – до 10%. Чтобы определить точный вес, нужен разбор и взвешивание каждого элемента. Спрашивайте, сколько свинца в автомобильном аккумуляторе, и получайте честный доход. Принесите нам целую батарею, мы можем достать свинец сами. Осуществляем скупку свинца в любом виде и объеме партии, возможен бесплатный вывоз нашим транспортом.

Аккумуляторы стартерные

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор 6 ст-55	12,1
Аккумулятор 6 ст-60	13,2
Аккумулятор 6 ст-66	14,3
Аккумулятор 6 ст-74	15,4
Аккумулятор 6 ст-77	16,2
Аккумулятор 6 ст-90	20,5
Аккумулятор 6 ст-100	19,8
Аккумулятор 6 ст-110	25,6
Аккумулятор 6 ст-132	31,4
Аккумулятор 6 ст-140	36,9
Аккумулятор 6 ст-190	47,9
Аккумулятор 6 ст-215	27,3
Аккумулятор 3 ст-150 эм	23,2
Аккумулятор 3 ст-155 эм	25
Аккумулятор 3 ст-215 эм	35,8
Аккумулятор 6 ст-50 эм	17,5
Аккумулятор 6-ст 55 эм	19,2
Аккумулятор 6 ст-60 эм	21,1
Аккумулятор 6 ст-75 эм	25,6
Аккумулятор 6 ст-75 тм	23,9
Аккумулятор 6 ст-90 эм	30,4
Аккумулятор 6 ст-132 эм	43,1
Аккумулятор 6 ст-182 эм	60,4
Аккумулятор 6 ст-190 тм	61,7

Стационарные АКБ открытого типа

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор ПСК, СК-1	6,8
Аккумулятор ПСК, СК-2	12
Аккумулятор ПСК, СК-3	16
Аккумулятор ПСК, СК-4	21
Аккумулятор ПСК, СК-5	25
Аккумулятор ПСК, СК-6	30
Аккумулятор ПСК, СК-8	37
Аккумулятор ПСК, СК-10	46
Аккумулятор ПСК, СК-12	53
Аккумулятор ПСК, СК-14	61
Аккумулятор ПСК, СК-16	68
Аккумулятор ПСК, СК-18	101
Аккумулятор ПСК, СК-20	110
Аккумулятор ПСК, СК-24	138
Аккумулятор ПСК, СК-28	155
Аккумулятор ПСК, СК-32	172
Аккумулятор ПСК, СК-36	188
Аккумулятор ПСК, СК-40	208
Аккумулятор ПСК, СК-44	226
Аккумулятор ПСК, СК-48	243
Аккумулятор ПСК, СК-52	260
Аккумулятор ПСК, СК-56	278
Аккумулятор ПСК, СК-60	295
Аккумулятор ПСК, СК-64	312
Аккумулятор ПСК, СК-68	330
Аккумулятор ПСК, СК-72	347
Аккумулятор ПСК, СК-76	365
Аккумулятор ПСК, СК-80	382
Аккумулятор ПСК, СК-84	397
Аккумулятор ПСК, СК-88	414
Аккумулятор ПСК, СК-92	434
Аккумулятор ПСК, СК-96	450
Аккумулятор ПСК, СК-104	467
Аккумулятор ПСК, СК-108	487
Аккумулятор ПСК, СК-112	506
Аккумулятор ПСК, СК-116	524
Аккумулятор ПСК, СК-120	541
Аккумулятор ПСК, СК-124	559
Аккумулятор ПСК, СК-128	577
Аккумулятор ПСК, СК-132	592
Аккумулятор ПСК, СК-136	312
Аккумулятор ПСК, СК-140	631
Аккумулятор СКЭ-16	69
Аккумулятор СКЭ-18	75
Аккумулятор СКЭ-20	85
Аккумулятор СКЭ-24	105
Аккумулятор СКЭ-28	120
Аккумулятор СКЭ-32	144
Аккумулятор СКЭ-36	159
Аккумулятор СКЭ-40	176
Аккумулятор СКЭ-44	191
Аккумулятор СКЭ-48	208
Аккумулятор СКЭ-52	223
Аккумулятор СКЭ-56	240
Аккумулятор СКЭ-60	255
Аккумулятор СКЭ-64	271
Аккумулятор СКЭ-68	287
Аккумулятор СКЭ-72	303
Аккумулятор СКЭ-76	319

Стационарные АКБ закрытого типа

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор 3 СН-36	13,2
Аккумулятор СН-72	7,5
Аккумулятор СН-108	9,5
Аккумулятор СН-144	12,4
Аккумулятор СН-180	14,5
Аккумулятор СН-216	18,9
Аккумулятор СН-228	23,3
Аккумулятор СН-360	28,8
Аккумулятор СН-432	34,5
Аккумулятор СН-504	37,8
Аккумулятор СН-576	45,4
Аккумулятор СН-648	48,6
Аккумулятор СН-720	54,4
Аккумулятор СН-864	64,5
Аккумулятор СН-1008	74,2
Аккумулятор СН-1152	84

Бесплатный вывоз!

Вывозим аккумуляторные батареи бесплатно от 200кг. по Москве и Московкой области.

Точные весы!

Приезжаем с собственными точными весами прошедшими государственную поверку.

Деньги сразу!

Взвешивание и оценка лома проходит на месте. Деньги передаём сразу после приёмки.

С нами стало ещё выгоднее!

Мы улучшили логистику нашего транспорта, поэтому работать с нами стало ещё выгоднее.

Емкость батареи — обзор

20.2.3 Емкость батареи

Емкость батареи соответствует количеству электрического заряда, который может быть накоплен во время заряда, сохранен во время пребывания в разомкнутой цепи и высвобожден во время разрядки обратимым образом . Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U _{cut_off} , достигнутом в момент t _{cut_off} .В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C _d , а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как

(20,5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial − mPbO2cut_off ) = — 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)

Уравнение (20.5) показывает, что емкость батареи пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимически, пока напряжение батареи не достигнет порогового значения U _{cut_off} .Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда батарея разряжается постоянным током, ее емкость определяется формулой C _d = I · t _d , где t _d — продолжительность разряда. Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.

Разрядная емкость новой батареи (т. Е. До заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда.Основным этапом разработки каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольким циклам заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с разными токами разряда и фиксированным режимом полной перезарядки. Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость разрушения батареи при циклическом включении.Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов определения характеристик должно быть меньше, а количество экспериментальных точек на батарею должно быть ограничено. можно было бы компенсировать испытанием большего количества батарей.

Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пейкерта [2]:

(20.6a) Cd = K · I1 − n

, где K и n — эмпирические константы.Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], а для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4]. Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пойкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t _d вместо емкости:

(20.6b) td = K · I − n

Когда экспериментальные данные t _d (I) построены в двойных логарифмических координатах, уравнение (20.6b) преобразуется в прямую линию с наклоном, равным к коэффициенту n . Уравнение Пойкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей — чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда.В технологии аккумуляторов степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов». Уменьшение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто можно приписать эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO ₂ и Pb в PbSO ₄ , должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема.При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций. Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь большей емкости при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.

Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой аккумуляторной технологии — для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует. Следует отметить, что точный алгоритм BMS должен также полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.

Уравнение (20.6b) может использоваться для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике.Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, который соответствует заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот — как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда. Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I ₂₀ (или I _20h ). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C ₂₀ (C _20h ).

Другой термин, связанный с емкостью батареи, — это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначенная как C _n . Определение C _n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей. Например, номинальная емкость пусковой, осветительной и зажигательной свинцово-кислотных аккумуляторов обычно совпадает с 20-часовой номинальной емкостью C _20h . Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и « целевой » длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или продолжительности заряда). увольнять).Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C _n /10 час. Более высокие токи, такие как C _n /1 ч, обозначаются как 1 C, C _{n 900 10/30 мин как 2 C, C n 900 10/15 мин как 4 C и т. Д. позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты. Удобство такого подхода связано с большой разницей между возможностями тестирования аккумуляторов в лаборатории, на которую возложена задача разработки BMS, и фактическими размерами установки для аккумулирования энергии.Обычно стенды для проверки аккумуляторных батарей предназначены для проверки ячеек в диапазоне напряжений 0–5 В и тока ± 5–50 А (чем выше ток, тем дороже оборудование). Во многих реальных аккумуляторных установках для хранения возобновляемой энергии и поддержки сети типичный диапазон постоянного напряжения составляет 400 В, а токи могут достигать 500–1000 А в случае, когда используются огромные аккумуляторные элементы, что свидетельствует о том, что BMS фактически экстраполирует лабораторные характеристики элементов и батарей меньшего размера, чтобы контролировать и прогнозировать работу крупногабаритных аккумуляторов энергии.}

Проблемы и стратегии для высокоэнергетических аккумуляторных батарей с водным электролитом

Angew Chem Int Ed Engl. 2021, 11 января; 60 (2): 598–616.

, ^{1 , 2 , 3} , ^{2 , 3} , ^{2 , 3} , ^{2 , 3} и ^{2 , 3}

Доктор Хуанг Чжан

¹ Институт гибкой электроники (IFE), Северо-Западный политехнический университет (НПУ), 127 West Youyi Road, Сиань 710072 П.Р. Китай,

² Институт Гельмгольца Ульм (HIU), Гельмгольцштрассе 11, 89081 Ульм Германия,

³ Технологический институт Карлсруэ (KIT), P.O. Box 3640, г. 76021 Карлсруэ Германия,

Сюй Лю

² Институт Гельмгольца Ульм (HIU), Гельмгольцштрассе 11, 89081 Ульм Германия,

³ Технологический институт Карлсруэ (KIT), P.O. Box 3640, г. 76021 Карлсруэ Германия,

Хуэйхуа Ли

² Институт Гельмгольца Ульм (HIU), Гельмгольцштрассе 11, 89081 Ульм Германия,

³ Технологический институт Карлсруэ (KIT), П.О. Box 3640, 76021 Карлсруэ Германия,

Доктор Ивана Хаса

² Институт Гельмгольца Ульм (HIU), Гельмгольцштрассе 11, 89081 Ульм Германия,

³ Технологический институт Карлсруэ (KIT), P.O. Box 3640, г. 76021 Карлсруэ Германия,

Проф. Стефано Пассерини

² Институт Гельмгольца Ульм (HIU), Гельмгольцштрассе 11, 89081 Ульм Германия,

³ Технологический институт Карлсруэ (KIT), П.О. Box 3640, 76021 Карлсруэ Германия,

¹ Институт гибкой электроники (IFE), Северо-Западный политехнический университет (НПУ), 127 West Youyi Road, Сиань 710072 П. Р. Китай,

² Институт Гельмгольца Ульм (HIU), Гельмгольцштрассе 11, 89081 Ульм Германия,

³ Технологический институт Карлсруэ (KIT), P.O. Box 3640, г. 76021 Карлсруэ Германия,

Автор, ответственный за переписку Copyright © 2020 The Authors. Опубликовано Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaAT Это статья в открытом доступе в соответствии с условиями http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ лицензии, которая разрешает использование и распространение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы, использование является некоммерческим и в него не вносятся никакие модификации или адаптации. Эта статья цитируется в других статьях PMC.

Abstract

Водные аккумуляторные батареи становятся все более важными для развития возобновляемых источников энергии, поскольку они обещают удовлетворить потребности в эффективности затрат, энергии и мощности для стационарных приложений.За последнее десятилетие усилия были направлены на улучшение электродных материалов и их использование в сочетании с высококонцентрированными водными электролитами. Здесь освещаются последние новаторские достижения в использовании таких электролитов для создания водных аккумуляторных систем, эффективно сохраняющих электроэнергию, т. Е. Обеспечивающих повышенную плотность энергии, возможность циклирования и безопасность. Этот обзор направлен на своевременное предоставление краткого обзора стратегий, предложенных на данный момент для преодоления все еще существующих препятствий, ограничивающих существующие технологии водных аккумуляторов, использующие концентрированные электролиты.Особое внимание уделяется водным аккумуляторным батареям для литиевой и постлитиевой химии с потенциально улучшенной плотностью энергии благодаря уникальным преимуществам концентрированных электролитов.

Ключевые слова: водные батареи, водный электролит, концентрированный электролит, высокая энергия, межфазная фаза твердый электролит

Реферат

Вопрос концентрации : Обсуждаются последние новаторские достижения и стратегии использования концентрированного электролита для водных аккумуляторов.Особое внимание уделяется водным батареям для литиевой и постлитиевой химии с улучшенной плотностью энергии, которая является результатом уникальных свойств электролитов, концентрированных в соли.

1. Введение

Переход к устойчивому энергетическому будущему зависит от разработки эффективных технологий хранения энергии. Электрохимические системы хранения энергии (ССИЗ) считаются одними из лучших вариантов для хранения энергии, производимой из возобновляемых источников, таких как энергия ветра, солнца и приливов, в краткосрочном (дневном) и среднесрочном (еженедельно) масштабе.[1] Разнообразный химический состав, используемый в ССИЗ, определяет характеристики конечной системы, что позволяет получить множество систем со специфическими требованиями к производительности для интеграции возобновляемых источников энергии на разных уровнях сети, обеспечивая стабилизацию, гибкость и безопасное энергоснабжение. поставка.

Среди различных ССИЗ перезаряжаемые батареи, особенно литий-ионные батареи (LIB), рассматриваются как ключевая технология для быстрой декарбонизации сценария транспортировки энергии и, в более длительном масштабе времени, стационарных аккумуляторов энергии малых и средних размеров. .В течение последних тридцати лет LIB доминировали на рынке портативной электроники и в настоящее время завоевывают рынок гибридных и электромобилей (EV). Столь быстрое развитие, безусловно, было обусловлено их привлекательными свойствами. LIB легкие, компактные, эффективные и демонстрируют самую высокую объемную и гравиметрическую энергию среди всех коммерческих батарей. Однако некоторые внутренние характеристики делают их менее пригодными для крупномасштабных стационарных накопителей энергии, где стоимость, безопасность и срок службы становятся относительно более важными, чем плотность энергии.Кроме того, проблемы безопасности возникают из-за условий неправильного обращения, обычно вызываемых механическими, термическими или электрохимическими нагрузками. [2] Воспламеняемость электролита на основе органического растворителя и нестабильность границ раздела электрод / электролит (EEI), безусловно, являются другими критическими проблемами. К настоящему времени было предложено несколько решений для преодоления проблем безопасности LIB, таких как внедрение добавок окислительно-восстановительного челнока для защиты от перезаряда, огнезащитных добавок или использование менее летучих электролитов, таких как ионные жидкости. [3] полимерные и / или неорганические твердые электролиты.[4]

Интересный подход к решению вопросов стоимости и безопасности заключается в использовании водных электролитов. Фактически, водные аккумуляторные батареи (ARB) вызывают большой интерес из-за их искробезопасности по сравнению с неводными системами, поскольку, несмотря на их ограниченные характеристики удельной энергии из-за более низкого диапазона рабочего напряжения, внутренняя негорючесть водных электролитов представляет собой большое преимущество. [5] Более того, используемый водный растворитель и соли, обычно нитраты и сульфаты, вероятно, существенно снизят стоимость электролитов.[6] Кроме того, высокая ионная проводимость водных растворов, которая на два порядка выше, чем у электролитов на основе органических растворителей, обеспечивает высокую мощность. Все эти характеристики делают ARB очень перспективными для крупномасштабного накопления энергии. [ 5 , 7 ]

Поскольку Dahn et al. в 1994 г. сообщалось об ARMB, использующем LiMn ₂ O ₄ в качестве катода, VO ₂ (B) в качестве анода и 5 моль л ^-1 водный раствор LiNO ₃ в качестве электролита, [8] водные перезаряжаемые металло-ионные батареи (ARMB) считаются особенно привлекательными для крупномасштабных или стационарных накопителей энергии ввиду их безопасности, устойчивости и низкого экономического воздействия.[9] Влияние на экономику является одним из ключевых факторов, позволяющих использовать экологически чистые технологии следующего поколения. В отчете, недавно опубликованном Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией, оцениваются параметры стоимости и производительности различных аккумуляторных технологий. [10] Сообщается, что прогноз капитальных затрат на 2025 год составляет 289, 220 и 393 $ кВтч ^-1 для литий-ионных, свинцово-кислотных и проточных батарей с окислительно-восстановительным потенциалом, соответственно. В 2018 году предполагаемые капитальные затраты на свинцово-кислотные батареи, наиболее распространенную водную систему, [11] составляла около 260 $ кВтч ⁻¹ .Интересно, что AQUION Inc. коммерциализировала технологию гибридных ионов на водной основе (AHI ™), используя водный электролит на основе натрия, катод из оксида марганца, композитный анод из углеродно-фосфатного фосфата и хлопок в качестве сепаратора, т. Е. Используя только обильные и нетоксичные материалы. , при прогнозируемых капитальных затратах менее 250 долларов за кВт / ч ⁻¹ на уровне блока. [12]

Эти ARMB разделяют электрохимию с обычными щелочно-ионными аккумуляторными системами, содержащими электролиты на органической основе.Тем не менее, для внедрения ARMB при выравнивании энергосистемы и крупномасштабном хранении энергии по-прежнему необходимы дальнейшие улучшения в отношении плотности энергии и срока службы. Основное ограничение, безусловно, связано с узким окном электрохимической стабильности (ESW) водного электролита, за пределами которого, например, H ₂ O (ESW 1,23 В), он может разлагаться на H ₂ и O ₂ . Возникновение этих побочных реакций ограничивает выбор материалов электродов с рабочими потенциалами в пределах потенциалов эволюции H ₂ и O ₂ , таким образом, напрямую влияя на энергию и удельную мощность элемента.Другие общие недостатки влияют на выбор материалов электродов, например, их растворимость в электролитах на водной основе и возникновение серьезных побочных реакций при езде на велосипеде. [ 6 , 13 ]

Тем не менее, постоянно растущие знания и понимание механизмов реакции и рабочих условий материалов для применения в LIB представляют собой несомненное преимущество, предлагая отличную стартовую площадку для разработки инновационных, устойчивых и безвредных ARMB. К настоящему времени достигнуты несколько многообещающих результатов. [14] особенно связано с уменьшением реакции выделения O ₂ и идентификацией стабильных электродных материалов, подвергающихся ограниченным побочным реакциям, а также растворению.Хотя свинцово-кислотные элементы являются наиболее узнаваемыми ARMB, все еще составляющими основную долю мирового рынка аккумуляторов, [11] коммерческая осуществимость конкурентоспособных ARMB еще далеко не достигнута. Несмотря на недавний прогресс в разработке электродных материалов, [ 13b , 15 ] ESW водных электролитов остается все еще слишком узким. Эффективная стратегия увеличения ESW таких электролитов включает настройку щелочности растворов, чтобы сместить реакцию выделения H ₂ (т.е.е., восстановление воды) в сторону более низких потенциалов. Однако, имея в виду диаграмму Пурбе, это также соответствует снижению анодной стабильности электролита. Недавно была продемонстрирована новая предложенная концепция, то есть электролиты «вода в соли» (также известные как WiSE), способные эффективно расширять ESW за счет формирования пассивирующего слоя на поверхности электродов, дополнительно подавляющего выделение H ₂ . [16] Следуя этому подходу, в принципе аналогичному межфазному твердому электролиту (SEI) в LIB, [17] но сильно отличающийся по своей природе, ESW водного электролита был увеличен почти до 3 В, что позволило получить 2.Литий-ионный аккумулятор 3 В. [16]

В этом обзоре всесторонне обсуждается прогресс использования концентрированных электролитов в перезаряжаемых водных батареях, подчеркивается их уникальная электрохимия и обобщаются последние достижения. Обсуждается критическая роль стратегий гибридизации для рациональной конструкции электролита и инноваций в химии аккумуляторов, показывая, что удельная энергия такой технологии может быть существенно улучшена.

2. Электрохимия в концентрированных водных электролитах

Исследования, посвященные концентрированным органическим электролитам для LIB, начались в начале 80-х годов с новаторской работы Маккиннона по подавлению совместной интеркаляции пропиленкарбоната (ПК) в слоистых ZrS ₂ электродах с использованием насыщенный раствор LiAsF ₆ в ПК.[18] После этого открытия в 2003 году Ogumi et al. продемонстрировали возможное использование концентрированного электролита на основе ПК с графитовыми анодами, несмотря на хорошо известную проблему, связанную с коинтеркаляцией ПК, приводящей к расслоению графита. [19]

В последнее десятилетие было проведено несколько исследований, сообщающих об интересном поведении концентрированных электролитов, [20] обеспечивает улучшенную стабильность границы раздела литий / электролит и межфазной границы, [21] подавление анодного растворения алюминиевого токосъемника, [ 20c , 22 ] и улучшая окислительную стабильность растворителя, что позволяет использовать катодные материалы высокого напряжения в литий-металлических батареях.[23] №

Среди недостатков этого класса электролитов стоит упомянуть, что, как широко известно, увеличение концентрации соли приводит к снижению ионной проводимости. Действительно, высокая вязкость и пониженная ионная проводимость могут представлять собой недостаток, однако сообщалось о дополнительных уникальных свойствах концентрированных водных электролитов. Фактически, в разбавленных водных растворах ионы полностью координируются молекулами воды, поэтому доминирующими частицами являются ионные пары, разделенные растворителем (SSIP), и свободные молекулы растворителя.При увеличении концентрации соли, например, при достижении значений моляльности выше 9 m (т.е. 9 моль соли на кг растворителя), образование контактных ионных пар (CIP) и агрегированных катион-анионных пар (ACAP) индуцируется из-за снижение доступности молекул растворителя. Упомянутые выше различные сольватационные структуры показаны на рисунке. Уникальная катионно-анионная координация влияет на границу раздела электролит / электрод и, особенно, на образование межфазной границы, запуская механизм анионной химии SEI.[23f] В обычной батарее с ионами щелочных металлов, в которой используются электролиты на органической основе, производительность сильно зависит от стабильности границ раздела электрод / электролит, особенно на аноде, где из-за восстановления электролита неизбежно образуется SEI. Это связано с довольно низким рабочим напряжением анода, который электрохимически активен за пределами ESW электролита. [24] С другой стороны, механизм образования SEI в водных электролитах довольно не изучен, хотя было высказано предположение, что на его свойства сильно влияет концентрация соли, как и для электролитов на органической основе.[23e]

(a) Типичные разновидности сольватов катионов в водном растворе и схематические иллюстрации восстановления электролита для образования SEI в разбавленных (b) и концентрированных (c) водных растворах для перезаряжаемых металл-ионных батарей.

Концепция SEI также может быть перенесена в водную среду. В разбавленном растворе разложение воды будет происходить при разряде до низкого напряжения, что приведет к одновременному образованию OH ^— и выделения H ₂ .Ожидается, что побочные реакции с гидроксидными группами или растворенным в воде O ₂ будут сильно разъедать поверхность электрода. Полученные продукты могут осаждаться на поверхности электрода, предотвращая диффузию ионов и, следовательно, приводя к снижению емкости и снижению мощности, как показано на рисунке. Однако из-за нехватки молекул воды в высококонцентрированных электролитах анионы, присутствующие в CIP и ACAP, сильно участвуют в формировании слоя SEI.Это приводит к образованию SEI, изменяющей структуру оболочки Li ⁺ -сольватации, как продемонстрировано недавней новаторской работой Suo et al. [16] Таким образом, процесс образования SEI сильно зависит от свойств аниона. Наиболее часто используемые анионы для электролитов аккумуляторных батарей — это соединения на основе фтора, которые оказывают благотворное влияние на образование продуктов разложения с ионной проводимостью в SEI неводных электролитов. [25] Как и в случае с электролитами на органической основе, несколько ключевых факторов были определены как ответственные за образование стабильного водного SEI, включая концентрацию соли, химическую структуру солевого аниона, растворимость продуктов восстановления в водной среде и условия образования. .[26] Гримо и др. продемонстрировали, что гидроксиды, образующиеся в результате реакции выделения H ₂ , могут химически реагировать с анионами TFSI и катализировать образование фторированного SEI, предотвращающего дальнейшее восстановление воды. [27] Таким образом, образование SEI в WiSE можно объяснить разложением как растворителя, так и соли. Действительно, межфазные границы, богатые фтором, служат электронным барьером, предотвращающим дальнейшее восстановление электролита, при этом обеспечивая катионную проводимость (как показано на рисунке).С другой стороны, отсутствие органических соединений приводит к образованию тонких и прочных неорганических пленок SEI, значительно повышающих стабильность электродов. [23e]

Хотя самая высокая занятая молекулярная орбиталь (HOMO) и самая низкая свободная молекулярная орбиталь (LUMO) широко использовались для объяснения ESW электролитов в батареях, HOMO и LUMO являются концепциями, выведенными из электронной структуры изолированных молекул и их уровней энергии. Таким образом, преобразование их значений в окислительно-восстановительные потенциалы, когда происходит окисление / восстановление либо растворителя, либо электролита, непросто.Действительно, растворители, которые кажутся стабильными с точки зрения энергий ВЗМО и НСМО, могут участвовать в процессах окисления и восстановления с участием соли (ей) и / или реактивных участков поверхности электродов. [28] Например, с точки зрения электронной структуры ширина запрещенной зоны чистой воды составляет 8,7 ± 0,6 эВ. Однако ESW жидкой воды составляет всего 1,23 В, ограничиваясь (при pH 7) реакциями выделения водорода (-4,02 эВ) и выделения кислорода (-5,25 эВ). [29] Следовательно, потенциалы восстановления и окисления являются определяющими параметрами для правильной идентификации водных электролитов ESW.[28] На рисунке схематически показаны уровни энергии в электродах и водном электролите электрохимической ячейки. Энергетическая сепарация E _г между потенциалом восстановления и окисления — это окно термодинамической стабильности электролита. Два электрода представляют собой электронные проводники с электрохимическими потенциалами . е-, анод и ũ е-, катод . Анод с е-, анод превышение потенциала выделения водорода приведет к уменьшению количества воды, если пассивирующий слой не создаст барьер для переноса электронов от анода к электролиту.С другой стороны катод с е-, катод ниже потенциала выделения кислорода будет окислять воду, если пассивирующий слой не блокирует перенос электронов от электролита к катоду. Следовательно, напряжение холостого хода ячейки ( E _ячейка ) ограничена, как указано в уравнении 1:

e [Ecell] = u˜e-, anode-u˜e-, cathode≤Eg

(1)

(a) Схематическая энергетическая диаграмма разомкнутой цепи водного электролита. — e [ E _{эффективное сокращение} ] и — e [ E _{эффективное окисление} ] — эффективные энергии восстановления и окисления электролита. E _г — окно электрохимической стабильности электролита. ũ е-, анод и ũ е-, катод — электрохимические потенциалы анода и катода соответственно. (b) Иллюстрация расширенного окна электрохимической стабильности для концентрированных водных электролитов. Адаптировано и модифицировано из Ref. [15].

Как показано на рисунке, ESW водных электролитов может быть увеличен за счет увеличения концентрации соли и / или содействия образованию стабильных пассивирующих слоев на EEI.Ранние исследования показали, что насыщенный водный раствор LiNO ₃ имеет ЭСВ 2,8 В, то есть намного больше, чем у обычных водных электролитов. 14e , 30 ] Однако элементы, в которых используется этот электролит, демонстрируют быстрое снижение емкости при низкой разрядной емкости, что указывает на плохую способность аниона NO ₃ ^— образовывать стабильные слои SEI, предотвращающие деградацию электродов и электролита. Кроме того, даже в менее концентрированном растворе наблюдается подавленное выделение водорода и кислорода, что, скорее всего, является результатом снижения активности воды при координации с катионами и внутренним слоем Гельмгольца, все более населенным анионами.[22] Наиболее разбавленные водные электролиты вызывают ЭСВ до 2,0 В, т. Е. На 50% больше, чем у чистой воды (1,23 В). ЭСВ выше 2,0 В может быть достигнута путем дальнейшего увеличения концентрации соли из-за пониженной активности воды и модулированных окислительно-восстановительных потенциалов (приписываемых изменению окислительно-восстановительной активности катионов в растворе в соответствии с уравнением Нернста), а также за счет кинетически подавленного водорода и выделение кислорода. [16] В целом, концентрация соли играет важную роль в ESW водных электролитов, что, в свою очередь, определяет материалы электродов и выход энергии водных аккумуляторов.

3. Водные литиевые батареи

Уникальная электрохимия концентрированных водных электролитов позволяет преодолеть несколько проблем, связанных с высокоэнергетическими водными батареями, как показано на рисунке. К ним относятся: (1) ограничение использования низкопотенциального анода в узком ESW водного электролита; (2) образование SEI в водной среде; (3) внедрение конверсионной химии с высокой производительностью; (4) устранение паразитных реакций катодных материалов и токоприемников, вызывающих ухудшение стабильности при циклировании; и (5) недорогие и устойчивые альтернативные аккумуляторные технологии.В этом разделе представлен всесторонний обзор различных литиевых батарей, в которых используются водные электролиты (ALB). Обсуждаются самые последние достижения в области ALB с особым вниманием к уникальному химическому составу, возникающему в результате использования концентрированных водных электролитов.

Преимущества аккумуляторных батарей за счет концентрированного водного электролита. На вставках показаны типичные передовые функции батарей: защита анода (воспроизведена из [31]), фторированные интерфейсы (воспроизведены из работы.[32]), стабильный токоприемник (воспроизведено из [33]), постлитиевый химический состав, преобразование серы (воспроизведено из [34]), обратимость элементов Li / O ₂ (воспроизведено из [34]). 35]) и дендритное подавление Zn (воспроизведено из [36]).

3.1. Водные литий-ионные батареи (ALIB)

Основной движущей силой разработки литий-ионных аккумуляторов на водной основе являются проблемы безопасности и защиты окружающей среды, связанные с использованием электролитов на органической основе в обычных LIB.[ 9 , 14d , 14e ] Среди электродных материалов, совместимых с использованием водных электролитов, на сегодняшний день наиболее исследованы соединения вставного типа. Получая прямую выгоду от расширенного ESW высококонцентрированного электролита, некоторые материалы анода и катода, обычно используемые в LIB, также могут работать в водной среде, как показано на рисунке. В 2015 году была предложена концепция электролитов «вода в соли» (WiSE), в отличие от типичных электролитов «соль в воде», с увеличенным значением ESW, равным 3.0 В (1,9–4,9 В относительно Li ⁺ / Li), т.е. далеко за пределами электролиза воды. [16] Это было достигнуто благодаря высокой растворимости бис (трифторметансульфонил) имида лития (LiTFSI) в воде, то есть до 21 м LiTFSI на кг воды, что соответствует одному моль LiTFSI на 2,6 моля воды (LiTFSI⋅2,6 H ₂ О). Такой концентрированный раствор хорошо соответствует определению «вода в соли», поскольку количество молекул H ₂ O, участвующих в сольватационной оболочке Li ⁺ , меньше 2.6.

Окна электрохимической устойчивости водных электролитов и окислительно-восстановительные потенциалы электродных материалов в LIB. (а) Типичные окислительно-восстановительные потенциалы некоторых материалов анода и катода, используемых в коммерческих LIB, в сравнении со шкалой потенциалов Li ⁺ / Li. (b) Окно электрохимической стабильности при pH 7 водных электролитов с различными концентрациями солей, то есть чистой воды, электролитов LiTFSI 21 м (вода в соли) и 27,8 м Li (TFSI) 0,7 (BETI) 0,3 (гидратный расплав). . По материалам Ref.[37].

Как показано на рисунке, подавленная реакция окисления WiSE на основе LiTFSI позволяет использовать различные высоковольтные катодные материалы, используемые в LIB. Mo ₆ S ₈ // LiFePO ₄ , [38] Mo ₆ S ₈ // LiMn ₂ O ₄ , [16] Mo ₆ S ₈ // LiCoO ₂ , [39] и Mo ₆ S ₈ // LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ [40] Ячейки были изготовлены с использованием вышеупомянутого WiSE, генерирующего выходное напряжение 1.2 В, 2,0 В, 2,5 В и 2,9 В соответственно. Хотя элементы на основе WiSE демонстрируют улучшенную энергию по сравнению с системами с разбавленными водными электролитами, например, LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ // LiFePO ₄ , использующий Li ₂ SO ₄ водный Электролит обеспечивает выходное напряжение всего 1,0 В, для достижения теоретических значений требуются дальнейшие улучшения поставляемой емкости и стабильности цикла. [14d]

3.2. SEI для анодных материалов с низким потенциалом

Современные LIB близки к достижению своей теоретической плотности энергии.Чтобы обеспечить еще более высокую плотность энергии, материалы высокого напряжения (например, класса 5 В) или большой емкости (например, сера и / или металлический литий) находятся в стадии интенсивных исследований. [41] Однако с водными электролитами использование материалов класса 5V еще более проблематично. Следовательно, дальнейшие улучшения ALIB достижимы только при использовании низковольтных анодных материалов за счет образования правильно спроектированной межфазной границы электрод / электролит, кинетически препятствующей выделению H ₂ .

Как известно из неводных LIB, формирование эффективного слоя SEI позволяет использовать анодные материалы вне ESW электролита.[42] В концентрированных водных электролитах высокая концентрация соли приводит к уменьшению количества свободных молекул воды, что приводит к снижению их электрохимической активности. Однако, помимо использования хорошо растворимых солей лития, снижение активности молекул воды может быть достигнуто путем растворения второй соли, характеризующейся высокой растворимостью и аналогичными химическими свойствами. Смесь LiTFSI и бис (пентафторэтансульфонил) имида лития (LiBETI), например, образует гидратный расплав при комнатной температуре (Li (TFSI) _0.7 (БЭТИ) _0,3 À2 H ₂ O). Этот электролит обеспечивает ЭСВ 3,1 В, измеренное при анодном и катодном сканировании соответственно на платиновых (Pt) и алюминиевых (Al) рабочих электродах (см. Рисунок). [43] Гидрат-плавление WiSE позволяет использовать коммерческие отрицательные электроды Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ , обеспечивая обратимое хранение Li ⁺ при 1,55 В (по сравнению с Li ⁺ / Li) и высокой емкости (175 мАч. г ^-1 ). В качестве подтверждения концепции Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ // LiCoO ₂ и Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ // LiNi _0.5 Mn _1,5 O _{Были разработаны 4 батареи} , обеспечивающие плотность энергии (> 130 Вт · ч, кг ⁻¹ ) и напряжение (≈2,3–3,1 В), сравнимые с таковыми у коммерческого неводного Li4Ti ₅ O ₁₂ // LiMn ₂ O ₄ ячеек. Помимо LTO, для ALIB также интересны полиморфы TiO ₂ , [44] что может обеспечить более высокое среднее напряжение разряда (2,1 В). [45]

(a) Стехиометрические количества LiTFSI, LiBETI и воды, использованные для приготовления Li (TFSI) _0.7 (БЭТИ) _0,3 À2 H ₂ O гидратный расплав. (б) Электроды LiCoO ₂ и LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ , демонстрирующие реакционные потенциалы при 2,4 В и 3,1 В соответственно, по сравнению с Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ электрод. Три вертикальные линии показывают окислительно-восстановительные потенциалы электродов. Al и Ti используются в качестве токоприемников для отрицательного электрода (Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ ) и положительных электродов (LiCoO ₂ и LiNi _0.5 Mn _1,5 O ₄ ) соответственно. Пунктирные линии представляют собой вольтамперограммы с линейной разверткой (скорость сканирования: 0,1 мВ с ^-1 , площадь электрода: 0,50 см ² ) токосъемников без покрытия в гидратном расплаве. Профили зарядно-разрядного напряжения двух ALIB, 2,4 В Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ // LiCoO ₂ (в) и 3,1 В Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ // LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ (г), с Li (TFSI) _0.7 (BETI) _0,3 2 H ₂ O электролит гидрат-расплав. По материалам Ref. [43].

Другая стратегия гибридных электролитов заключается в использовании смесей органических / водных растворителей, которые могут по сути унаследовать достоинства как органических, так и водных систем. Исследовательская группа Toyota Motor запатентовала содержащий эфир водный электролит, позволяющий использовать катодные материалы, работающие до 5,5 В (по сравнению с Li ⁺ / Li). [46] Недавно 14 м раствор LiTFSI в воде и диметилкарбонате (DMC) был предложен в качестве гибридного электролита.[47] Сольватационная структура ионов Li ⁺ , включая ДМК и молекулы воды, вызывает другое пассивационное поведение и дополнительно снижает активность воды, приводя к ESW 4,1 В. Этот электролит обеспечивает работу 3,2 В Li ₄ Ti. ₅ O ₁₂ // LiNi _0,5 Mn _1,5 O _{4 Элемент} , обеспечивающий высокую плотность энергии (165 Вт · ч, кг _{электродов} ⁻¹ ) в течение более чем 1000 циклов. Аналогичным образом Chen et al.сообщили о растворе электролита «вода в ионной жидкости», демонстрирующем широкий ESW (до 4,4 В), что обеспечивает стабильную циклическую работу гибридной батареи 1,7 В TiO ₂ / Fe ²⁺ с использованием введения / извлечения лития. в TiO ₂ в качестве анода и окислительно-восстановительной паре Fe ³⁺ / Fe ²⁺ в качестве катода. [48] Вышеупомянутые результаты предполагают, что гибридизация электролитов является эффективной стратегией повышения плотности энергии ALB, а также расширяет список потенциальных новых электролитов и электродных материалов для применения в этом семействе ячеек.

Рациональная конструкция однородной искусственной SEI на поверхности электрода может быть эффективной для улучшения общих характеристик электродов из металлического лития и графита как в неводной, так и в водной конфигурациях. [49] В этом отношении в идеале SEI должен обладать электронной изоляцией и ионной проводимостью, таким образом пассивируя поверхность анода и предотвращая разложение электролита, обеспечивая при этом ионный транспорт. Однако в реальных условиях пассивация поверхности электрода не совсем эффективна.По этой причине защита графитового анода долгое время активно применялась с помощью процессов поверхностного окисления и стратегий предварительного покрытия. [50] В водных системах стратегия защиты поверхности анода представлена ​​применением предварительного покрытия, способного минимизировать количество свободных молекул воды на поверхности анода до образования SEI. Например, гидрофобный гель 1,1,2,2-тетрафторэтил-2 ‘, 2′, 2’-трифторэтиловый эфир (HFE) использовался в качестве предварительного покрытия для образования искусственной межфазной границы, как показано на рисунке.[31] Сильная гидрофобная природа HFE отталкивает молекулы воды от поверхности анода. Минимизируя разложение воды в начальной части катодного цикла, он создает благоприятную среду для образования однородной и плотной межфазной границы. При литировании гель HFE разлагается, образуя слой SEI, богатый как неорганическими (LiF), так и органическими (C-F) частицами, что обеспечивает хорошую обратимость процесса литирования. Такая эффективная защита позволила обратимо циклировать графитовые и даже литий-металлические аноды в водных гелевых электролитах (PVA-WiBSE), что привело к получению 4.Водные литий-ионные аккумуляторы 0 В. [31]

Моментальные снимки межфазных участков поверхности анода на внутренней поверхности анода в WiBSE (21 м LiTFSI + 7 м LiOTf в воде) при 2,5 В (а) и 0,5 В (б) в зависимости от Li соответственно. Молекулы воды, адсорбированные или находящиеся ближе 4 Å от поверхности, увеличиваются, в то время как молекулы воды, удаленные от поверхности, отображаются на рисунке как слегка уменьшенные. (c) Циклические вольтамперограммы графитового анода, предварительно покрытого гелем LiTFSI – HFE. CV проводится в гель-WiBSE (рабочий электрод, WE) с электродом сравнения Ag / AgCl (RE) и противоэлектродом из активированного угля (CE).(d) Профили напряжения заряда и разряда графитового электрода, предварительно покрытого гелем LiTFSI-HFE в геле-WiBSE. По материалам Ref. [31].

Однако химическая и механическая стабильность SEI, сформированного на поверхности предварительно обработанных литиевых анодов, представляет собой фундаментальное требование для такого применения. Действительно, образование трещин и / или дефектов в защитном слое SEI может привести к бурной реакции между металлическим литием и водой, вызывая серьезные проблемы с безопасностью, что явно противоречит заявлению о более высокой безопасности водных электролитов по сравнению с электролитами на органической основе. карбонаты.[51] Свойства тройных электролитов на основе использования полимера, соли и воды явно зависят от химической природы полимера, его растворимости в воде и совместимости с солями. [52] В водных растворах полимер влияет на сольватную структуру воды посредством гидрофильных и гидрофобных взаимодействий, что отражается в изменении ионной проводимости. [53]

3.3. Обеспечение реакции конверсии с использованием материалов положительных электродов большой емкости

Было обнаружено, что вышеупомянутый PVA-WiBSE позволяет использовать катод на основе серы, демонстрирующий емкость, близкую к теоретической, и быструю кинетику реакции.[34] Действительно, из-за ограниченного количества молекул свободной воды растворение полисульфида лития (LiPS) затруднено даже для короткоцепочечных частиц LiPS, которые довольно растворимы в водных средах. Это привело к тому, что серный электрод работал по твердотельному реакционному пути, демонстрируя одно четко определенное плато при ≈2,5 В, как показано на рисунках и. Разработанный электролит использовался в водных элементах S // LiMn ₂ O ₄ и S // LiCoO ₂ , обеспечивающих замечательную гравиметрическую плотность энергии (соответственно 135 и 195 Втч кг ^-1 с учетом массы обоих электродов) и объемной плотности энергии (соответственно ≈384 и ≈454 Вт · ч. L ⁻¹ с учетом объема как электродов, так и электролита).

(a) Визуальное наблюдение нерастворимости Li ₂ S и короткоцепочечного LiPS (Li ₂ S ₂ и Li ₂ S ₄ ) в электролите WiBS. Белый порошок Li ₂ S остается нерастворимым в прозрачном водном электролите в течение 12 часов. Окрашенный в оранжевый цвет раствор на верхней бутылке — это Li ₂ S ₂ или Li ₂ S ₄ , растворенный в водной фазе, которая отделена от прозрачного водного электролита (солевой фазы) на дне.(b) Типичные профили напряжения композита сера-черный Кетьен (S-KB) при постоянном токе (0,2 C) в водном электролите (красная сплошная линия) и неводном электролите (черная пунктирная линия). По материалам Ref. [33]. (c) Схема, показывающая, что WiSE препятствует паразитным химическим реакциям с активными формами кислорода, обеспечивая необходимые функциональные возможности для поддержки апротонных операций Li-O ₂ посредством обратимого образования и разложения Li ₂ O ₂ . (d) Циклические вольтамперограммы, измеренные на рабочем электроде из стеклоуглерода в WiSE (21 м LiTFSI) с O ₂ (сплошная линия) и N ₂ (пунктирная линия).Вставка: CV, измеренные в N, N -диметилацетамиде (DMA) (зеленая кривая) и 1,2-диметоксиэтане (DME) (оранжевая кривая), соответственно, с O ₂ . По материалам Ref. [35].

Li – O ₂ ячеек представляют собой еще одну интригующую химию аккумуляторов, основанную на преобразовании. Однако проблемы, связанные с их плохой стабильностью и низкой эффективностью заряда / разряда в оба конца, все еще требуют решения. До сих пор нерешенные несоответствия в природе промежуточных продуктов зарядки и механизме реакции выделения кислорода препятствуют рациональной конструкции электролита для эффективных и долговечных аккумуляторов Li – O ₂ .[54] Водный электролит может быть идеальным выбором из-за его высокой ионной проводимости. Кроме того, сообщалось, что WiSE препятствует паразитическим химическим реакциям с активными формами кислорода, обеспечивая необходимые функции для поддержки апротонных операций Li – O ₂ посредством обратимого образования и разложения Li ₂ O ₂ (рисунок). [35] При замене угольного катода на безуглеродистый материал достигается до 300 циклов стабильной работы.

Вдохновленный потенциалом реакций преобразования в WiSE, высокоэнергетическая водная литий-ионная батарея, превышающая 460 Вт · ч кг ^-1 (общая масса катода и анода), использующая графит в качестве интеркаляционного анода Li ⁺ (LiBr) _0,5 (LiCl) _0,5 C _≈3,7 в качестве галогенного конверсионно-интеркаляционного катода и WiBS (21 м LiTFSI + 7 м LiOTf) в качестве электролита. [55] При загрузке частицы Br ^— сначала окисляются до почти нулевого состояния (Br ⁰ ), а затем интеркалируются в графит, образуя C _n [Br].Дальнейшая зарядка приводит к окислению и интеркалированию Cl ^— с образованием смешанного интеркаляционного соединения, C _n [BrCl]. При выгрузке происходит обратный процесс с деинтеркаляцией Cl ⁰ и Br ⁰ из графита и восстановлением до галогенидов. Обратимая конверсия-интеркаляция включает реакцию одноэлектронного переноса, приводящую к теоретической емкости 309 мАч г ^-1 для LiBr и 632 мАч г ^-1 для LiCl.Эта новая катодная химия конверсии-интеркаляции анионов галогена наследует высокую энергию реакции конверсии и превосходную обратимость топотактической интеркаляции, обеспечивая, таким образом, высокую плотность энергии наряду с искробезопасным содержанием и экологической безопасностью водных электролитов. В этой химии аккумуляторов WiBS играет важную роль, увеличивая окислительный потенциал воды примерно до 4,9 В (по сравнению с Li / Li ⁺ ), что позволяет полностью использовать окисление / восстановление галогенидов без разложения электролита.Вышеупомянутые результаты подчеркивают новую потенциальную концепцию на основе преобразования для будущих водных аккумуляторов, которые будут безопасными и энергоемкими с использованием стратегии водного концентрированного электролита.

3.4. Подавление растворения токосъемника положительного электрода

Стабильность токосъемника играет важную роль в работе элемента, обеспечивая стабильную работу материалов катода высокого напряжения. [ 23b , 56 ] В системах электролитов на органической основе соли и растворители, содержащие F, такие как LiPF ₆ , LiTFSI и фторэтиленкарбонат (FEC), способствуют анодной пассивации алюминиевого (Al) токосъемника за счет образования AlOF и AlF _{. 3} , содержащий слои, действующие как средства подавления коррозии.[ 20c , 57 год ] Однако использование электролитов на водной основе может создать тяжелые условия для алюминиевых токоприемников. Фактически, было продемонстрировано, что стабильность Al сильно зависит от pH раствора электролита, анодного потенциала и типа используемых анионов. [58] Однако сообщалось, что, несмотря на анодную стабильность WiSE на основе LiTFSI, превышает 4 В (по сравнению с Li / Li ⁺ ), [33] Это указывает на то, что подавление анодного растворения Al наблюдается при высокой концентрации LiTFSI даже в присутствии воды.

Действительно, хотя во время поляризации алюминиевой фольги с использованием 1 м раствора LiTFSI наблюдается несколько крупных (размером до 150 мкм) коррозионных ямок, никаких признаков растворения Al не обнаружено для электрода, исследованного в WiSE (LiTFSI⋅2,6 H ₂ O), предлагая возможность использования экономичной и легкой алюминиевой фольги в качестве токоприемников для водных аккумуляторов.

Несмотря на продемонстрированную стабильность алюминия в WiSE, нержавеющая сталь является предпочтительным токосъемником в большинстве исследований ячеек лабораторного масштаба.[16] Электрохимическое поведение нержавеющей стали 316 (Fe 67,5% / Cr 17% / Ni 13% / Mo 2,5%), обычно используемой как токосъемник, так и корпус элемента, было исследовано в WiSE на основе LiTFSI. [59] Результаты показывают, что высокая концентрация соли LiTFSI вызывает образование толстой пассивной пленки, предохраняющей нержавеющую сталь от коррозии. В частности, анодная поляризация нержавеющей стали приводит к образованию пассивного слоя, состоящего из адсорбированных анионов TFSI ^— , которые не подвергаются электрохимическому окислению.Таким образом, природа поверхностного слоя, сформированного на электроде из нержавеющей стали, отличается от поверхности раздела фаз твердого электролита, поскольку он не влияет в значительной степени на реакцию выделения кислорода, но предотвращает растворение металла. Необходимы дополнительные исследования для определения природы процесса пассивации, например, путем сравнения токосъемников из алюминия и нержавеющей стали. Хотя последний демонстрирует лучшую стабильность в водном растворе, Al представляет собой более привлекательный материал из-за его более низкой плотности и стоимости, а также более легкой переработки в тонкую фольгу.

3.5. Разработка более экологичных систем с водным электролитом

Несмотря на заметное улучшение показателей ЭСВ, достигаемое с помощью WiSE или WiBSE с использованием фторированных солей, все же экономические и экологические проблемы препятствуют их практическому применению. Более того, не многие соли лития могут соответствовать высокой растворимости, необходимой для приготовления концентрированных электролитов, особенно по сравнению с другими исходными солями на основе других катионов, таких как Na ⁺ и K ⁺ , которые обладают более высокой растворимостью.WiSE на основе ацетата калия (KOAc) могут обеспечить такое же преимущество расширенного окна напряжения, что и WiSE на основе LiTFSI. Фактически, сообщалось, что комбинация KOAc с ацетатом лития (LiOAc) обеспечивает совместимость с материалами электродов обычных LIB, обеспечивая при этом более низкую стоимость и более благоприятные для окружающей среды характеристики. [60] Преимущество использования KOAc заключается в его высокой растворимости. При использовании в сочетании с аналогом на основе литиевой соли он позволяет достичь отношения воды к катионам на уровне 1.3. Гидратный расплавный электролит K _0,8 Li _0,2 OAcÀ1,3 H ₂ O продемонстрировал расширенный потенциал восстановления до 1,5 В по сравнению с Li ⁺ / Li (Ti в качестве токоприемника). Бикатионный подход с использованием солей ацетата представляет собой многообещающую стратегию для реализации безопасных, недорогих и высокоэффективных водных LIB с использованием WiSE.

Помимо использования ацетатов, соли с тяжелыми анионами, такие как иономеры, также могут повышать растворимость солей Li, обеспечивая низкую энергию решетки и, таким образом, также снижая содержание свободной воды в системе электролита.Для решения вопросов, касающихся токсичности и безопасности компонентов электролита, был предложен тип электролита «вода в иономере», то есть полиакрилат лития (рисунок). В этом электролите органические растворители заменены водой, а дорогие и токсичные фторированные соли лития — нефторированным, недорогим и нетоксичным сверхабсорбирующим иономером. Интересно, что окно электрохимической стабильности этого электролита сильно увеличивается, даже когда присутствует большое количество свободной воды. [61] В частности, гель с 50 мас.% иономера демонстрирует окно электрохимической стабильности 2,6 В на платиновых электродах и проводимость 6,5 мСм см ^-1 при 20 ° C. Экологичный и нетоксичный LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ // LiMn ₂ O ₄ литий-ионный элемент, содержащий этот электролит, обеспечивал среднее напряжение разряда> 1,5 В и удельную энергию 77 Вт · ч кг. ^-1 . Замена анода LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ на TiO ₂ , т.е.е., TiO ₂ // LiMn ₂ O ₄ , среднее выходное напряжение увеличивается до 2,1 В, в то время как достигается начальная удельная энергия 124,2 Втч кг ^-1 .

Гидратированный LiPAA в качестве гелевого электролита «вода в иономере» для LIB. (а) Окна электрохимической стабильности 50 мас. % Электролита LiPAA, измеренного на Pt, нержавеющей стали (SS) и Al, а также на циклических вольтамперограммах TiO ₂ , LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ , LiMn ₂ O ₄ и LiNi _0.5 Mn _1,5 O ₄ на различных токоприемниках. (b) Сравнение конечных напряжений заряда водных LIB с различными солями. Электролит «соль в воде» — 1 M Li ₂ SO ₄ (водн.), «Водно-солевой электролит» соответствует Li (TFSI) _0,7 (BETI) _0,3 ⋅2 H ₂ O, а «вода в иономере» соответствует 50 мас. % Гелевого электролита LiPAA. (c) Эволюция удельной емкости и кулоновской эффективности элемента LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ // LiMn ₂ O ₄ при 0.5 C. Токосъемники: СС. Вес относится к обоим электродам. Вставка: выбранные профили напряжения с использованием 50 мас.% Гелевого электролита LiPAA. (d) Рабочие характеристики с точки зрения напряжения элемента и плотности энергии водных LIB, полученные путем соединения различных электрохимических материалов. По материалам Ref. [61]. я.е., стоимость и обилие используемого сырья. [41] Поэтому были предприняты усилия по исследованию и развитию технологий хранения энергии «за пределами лития». В этом разделе мы рассмотрим последние достижения в области водных аккумуляторов «не только литиевых», в которых используются ионы, такие как Na, Zn, K, Mg, Ca и Al, а также концентрированные водные электролиты. В таблице представлен обзор различных зарядов в водных ионных батареях.

Таблица 1

Сравнение различных носителей заряда в водных ионных батареях.

Виды	Радиус (нм)	Плотность заряда (см3‾ ) [а]	Гидрационное число [b]
H 3 O +	0,100	26	1
NH 4 +	0.137	11	2,7
Ли +	0,076	52	14,3
На +	0,102	24	9,8
К +	0,138	11	5
Ca 2+	0.100	52	16–17
мг 2+	0,072	120	20
Zn 2+	0,074	112	44
Al 3+	0,054	364	–

4.1. На пути к стабильной водной натриево-ионной батарее

Натрий-ионные батареи (SIB) могут стать экономически эффективным и экологически чистым источником энергии следующего поколения, особенно для использования в стационарных накопителях энергии и стабилизации энергосистемы. [63] Водные ионно-натриевые батареи (ASIB) являются еще более привлекательными кандидатами для крупномасштабных приложений хранения энергии ввиду присущей им безопасности и экологичности, а также потенциально низкой стоимости. Однако, несмотря на значительный прогресс в разработке электродных материалов, таких как слоистые оксиды, производные берлинской лазури и полианионные соединения, большинство из них демонстрируют довольно низкую плотность энергии, особенно по сравнению с системами на основе лития.Тем не менее, следует учитывать, что высокая плотность энергии не является критическим параметром для стационарного применения, в то время как жизненный цикл, безопасность и стоимость имеют первостепенное значение. [64]

За последние годы сообщалось о разнообразных конфигурациях ячеек, в которых используются вставочные / вставляемые электроды в водных электролитах. 6 , 15c ] Как показано на рисунке, аналоги берлинской синей, полианионные соединения и слоистые оксиды широко исследовались в качестве положительных электродов, однако доступно лишь несколько материалов для отрицательных электродов, среди которых активированный уголь и фосфаты на основе Ti, т.е.е., NaTi ₂ (PO ₄ ) ₃ , являются наиболее широко используемыми. Среди предложенных катодных материалов наиболее перспективными считаются Na _0,44 MnO ₂ (туннельная структура) и Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ (структура NASICON) с учетом их характеристики указаны в электролитах на органической основе, подходящем выходном напряжении и поставляемой емкости при использовании в сочетании с анодом NaTi ₂ (PO ₄ ) ₃ в водном электролите.[65] Однако, несмотря на демонстрацию начальной емкости, близкой к их теоретическим значениям, их циклическая стабильность довольно низкая, особенно для полианионного соединения, скорее всего, связанного с его структурной нестабильностью (растворением) в водных электролитах. [66] Помимо стратегий улучшения материалов, направленных на стабилизацию их структуры, таких как легирование Ti, [67] Использование концентрированных электролитов является многообещающей стратегией повышения электрохимических характеристик.

Окна электрохимической устойчивости водных электролитов и окислительно-восстановительные потенциалы электродных материалов в СИП.(а) Средний окислительно-восстановительный потенциал типичных материалов анода и катода, используемых в ASIB, относительно шкалы потенциалов Na ⁺ / Na. (b) Окно электрохимической стабильности разбавленного водного электролита (1 м Na ₂ SO ₄ , красная кривая), концентрированного электролита (9,26 м NaOTf в водно-солевом электролите H ₂ O, зеленая кривая) и гибридный водный / неводный электролит (7,5 м NaOTf в H ₂ O / PC, синяя кривая), все измерено на электродах из нержавеющей стали.

Таким образом, WiSE также использовались для ASIB.Было показано, что 9,26 мкм раствор трифторметансульфоната натрия (NaOTf) в воде обеспечивает ESW более 2,5 В (рисунок). [68] Используя такой WiSE, ячейки NaTi ₂ (PO ₄ ) ₃ // Na _0,66 [Mn _0,66 Ti _0,34 ] O ₂ показали превосходные характеристики с высокой кулоновской эффективностью при низком уровне скорость (91,2% в цикле 1 ^st ) и отличная стабильность при циклировании при высокой скорости (снижение производительности 0,086% за цикл). Однако предоставленная мощность все еще была далека от теоретически ожидаемого значения, в то время как расчетная плотность энергии на уровне ячейки составляет всего 20 Вт · ч кг ^-1 .Кроме того, производительность симметричной водной Na-ионной ячейки, Na ₂ TiV (PO ₄ ) ₃ // Na ₂ TiV (PO ₄ ) ₃ , с использованием электродов NASICON и различных концентрированных электролитов не поступало. [69] Было обнаружено, что использование высококонцентрированных электролитов (как системы на основе NaClO ₄ , так и системы на основе NaOTf) обеспечивает стабильное циклическое поведение за счет образования резистивного, но защитного межфазного слоя между электродом и электролитом.Тем не менее, OTf-содержащий WiSE обеспечивает чрезвычайно стабильную производительность цикла с высокой скоростью в течение 1000 циклов без потери емкости, с более высокими характеристиками мощности и более низкой поляризацией по сравнению с основанным на NaClO ₄ .

(a) Молярные и массовые отношения соли к растворителю для бинарной системы NaOTf – H ₂ O с соответствующей моляльностью. (b, c) Срок службы и низкоскоростной кулоновский КПД (0,2 C) Na _0,66 [Mn _0,66 Ti _0,34 ] O ₂ // NaTi ₂ (PO ₄ ) ₃ полная ячейка в различных водных электролитах (NaSiWE: 2 м NaCF ₃ SO ₃ , NaWiSE: 9.26 м NaCF ₃ SO ₃ и 1 м Na ₂ SO ₄ ). По материалам Ref. [68].

Из-за более низкой плотности заряда ионов Na ⁺ по сравнению с ионами Li ⁺ , требуется более высокая концентрация соли Na, чтобы компенсировать более слабое взаимодействие с растворителем, чтобы расширить ESW электролита. [68] Вдохновленный результатами использования водного электролита на основе LiTFSI, бис (трифторметансульфонил) имид натрия (NaTFSI) также был исследован в качестве соли для водных электролитов на основе натрия.[70] Хотя более низкая плотность заряда катиона способствует более низкой гидратации, что приводит к более низкой растворимости NaTFSI, WiSE на основе NaTFSI на глубине 8 м, т.е. близко к пределу растворимости, показал ESW 1,8 В и проводимость 39 мСм. см ⁻¹ . Бис (фторсульфонил) имид натрия (NaFSI) обладает очень высокой растворимостью в воде, обеспечивая ESW до 2,6 В. В принципе, использование WiSE на основе FSI может позволить изготавливать высоковольтные ASIB, однако дальнейшие исследования стабильности аниона FSI ^— в воде.[71]

Подход гибридизации, широко используемый для ALIB на основе WiSE, также был предложен для ASIB. Аналогичным образом сообщалось о водном / неводном гибридном электролите, который основан на использовании NaOTf в смеси воды и органического растворителя, то есть 7 м NaOTf в воде и 8 м NaOTf в пропиленкарбонате (ПК). Этот гибридный электролит обеспечивает ЭШВ, увеличенный до 2,8 В, и высокую ионную проводимость 25 мСм см ^-1 при 20 ° C. [72] Несмотря на такую ​​широкую ЭСВ, используемый катод, т.е.е., Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ , пострадал от серьезной деградации (растворения материала) в водном электролите, достиг начальной кулоновской эффективности до 79% и плотности энергии 45 Втч. кг _{электродов} ⁻¹ в сочетании с NaTi ₂ (PO ₄ ) ₃ анодом, что намного выше, чем при использовании 9,26 м NaOTf WiSE.

Не содержащие фтора WiSE на основе ацетата натрия (NaAc) и ацетата калия (KAc) также были исследованы для применения в ASIB.[73] Электролит из расплава гидрата 32 мкм KAc + 8 мкм NaAc обеспечивает большую ЭСВ и высокую совместимость с алюминиевым токосъемником, что позволяет успешно работать с NaTi ₂ (PO ₄ ) ₃ // Na ₂ MnFe (CN) ₆ полная ячейка. Этот электролит, безусловно, представляет собой более экологичную и недорогую многообещающую альтернативу WiSE на основе OTf.

Ожидается, что по сравнению с системой Li, SEI на основе Na будет менее стабильным, поскольку большинство солей натрия (NaF, Na ₂ CO ₃ и т. Д.) более растворимы в воде, чем их литиевые аналоги. [74] Кроме того, электродные материалы на основе натрия обладают более низкой стабильностью в водных электролитах, скорее всего, из-за их растворимости, как в случае Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ . Для достижения требований к производительности для стационарных накопителей необходимо дальнейшее понимание, однако исследовательские усилия следует направить на ASIB, поскольку они представляют собой наиболее многообещающую технологию для крупномасштабного накопления энергии, извлекающую выгоду из устойчивости, низкой стоимости и большого количества необработанных данных. используемые материалы.

4.2. Батареи на водной основе на основе цинка: повышение обратимости зачистки / нанесения покрытия

Металлический цинк — чрезвычайно привлекательный анодный материал для водных батарей из-за его низкого окислительно-восстановительного потенциала (-0,76 В по сравнению с SHE) и высокой теоретической удельной емкости (5854 мАч · см ⁻³ и 820 мАч г ⁻¹ ), а также стабильность в воде (из-за высокого перенапряжения реакции выделения водорода). [75] Наиболее часто исследуемые катоды, например полианионные соединения, [76] Аналоги берлинской лазурной, [77] оксиды на основе марганца, [78] и оксиды на основе ванадия, [79] полностью совместимы с разбавленными электролитами, содержащими Zn ²⁺ , такими как 1 м ZnSO ₄ или ZnOTf ₂ .Тем не менее, циклические характеристики водных Zn-батарей по-прежнему неудовлетворительны для практического применения, поскольку этому препятствуют неэффективное удаление металлического цинка-покрытия и паразитные реакции, влияющие на стабильность различных катодных материалов. [80]

Хотя стратегии разработки и оптимизации материалов уже были подробно рассмотрены, [ 8 , 14b , 81 год ] этот раздел в основном посвящен последним достижениям в области улучшения металлизации цинка. Как обсуждалось ранее, анион соли сильно влияет на циклическое поведение водных ячеек с металлическим цинком.Различные соли (в том числе ZnCl ₂ , Zn (NO ₃ ) ₂ , ZnSO ₄ и ZnOTf ₂ ) и их влияние на металлическое покрытие Zn были исследованы в Zn-симметричных ячейках. [82] При использовании 1 мкм растворов электролиты, содержащие ZnSO ₄ или ZnOTf ₂ , обеспечивали обратимое электрохимическое осаждение / растворение цинка. Были идентифицированы широкие ESW (до 2,3 В по сравнению с Zn ²⁺ / Zn), тогда как решения ZnCl ₂ и Zn (NO ₃ ) ₂ представили более узкие ESW (ниже 1.2 V по сравнению с Zn ²⁺ / Zn) и худшей обратимостью из-за нестабильности анионов Cl ^— и NO ₃ ^— в водном растворе. Эти результаты согласуются с циклическими характеристиками элементов Zn – MnO ₂ и Zn – V ₂ O ₅ , в которых используются электролиты на основе ZnSO ₄ . Использование 3 м ZnOTf ₂ вместо ZnSO ₄ улучшило обратимость и кинетику процесса снятия цинкования с металлизации, обеспечивая КЭ, приближающуюся к 100%.[82] Такие превосходные электрохимические характеристики объясняются объемной анионной структурой и более высокой концентрацией соли. Хотя авторы подчеркивают влияние аниона на сольватационную структуру, до сих пор не выяснено, может ли более стабильный и F-содержащий SEI, образующийся на поверхности цинка, способствовать улучшенной обратимости процесса удаления цинка-покрытия. Фактически, сообщалось, что водный электролит 0,3 м Zn (TFSI) ₂ также приводит к лучшему циклическому поведению элементов Zn-слоистого ванадата железа по сравнению с 1 м водным раствором ZnSO ₄ .[83] На практике, используя ZnOTf ₂ в качестве электролита, были реализованы высокостабильные элементы Zn // ZnMn ₂ O ₄ , демонстрирующие сохранение емкости 94% в течение 500 циклов с высокой скоростью (500 мА г ^-1 ) . [82] Электролиты на основе ZnOTf ₂ также были совместимы с оксидами на основе ванадия и полианионными соединениями. Например, элементы, изготовленные из металлического анода Zn, CaV ₆ O ₁₆ ⋅3 H ₂ O катодов и 3 м ZnOTf ₂ водного электролита показали превосходные электрохимические характеристики.[84] В настоящее время электролиты на основе ZnSO ₄ и ZnOTf ₂ являются наиболее часто используемыми электролитами в водных цинковых батареях. Тем не менее, из-за ограниченной растворимости этих двух солей, свободная вода все еще доступна в соответствующих электролитах, что ограничивает их ESW. [82]

В 2018 году водный электролит би-соли Zn (TFSI) ₂ –LiTFSI был предложен для водных батарей из металла Zn. [36] Концентрация Zn (TFSI) ₂ была зафиксирована на уровне 1 м, а концентрация LiTFSI варьировалась от 5 до 10, 15 и 20 моль.С увеличением концентрации LiTFSI эффективность удаления цинка и нанесения покрытия заметно улучшилась. Действительно, покрытие цинком без дендритов (почти 100% CE) было достигнуто при использовании электролита LiTFSI толщиной 1 м Zn (TFSI) ₂ + 20 м LiTFSI. Это позволило реализовать гибридную батарею Zn – LiMn ₂ O ₄ , характеризующуюся впечатляющей долговременной стабильностью, т. Е. Сохранение емкости составляло 85% после 4000 циклов, а также ограниченный запас цинкового анода (Zn: LiMn ₂ O ₄ массовое отношение 0.8: 1), как показано на рисунке. Дальнейшие структурные и спектроскопические исследования в сочетании с моделированием на молекулярном уровне показали, что высокая популяция анионов в окрестности Zn ²⁺ вызывает образование близких ионных пар (Zn – TFSI) ⁺ и подавляет присутствие (Zn ( H ₂ O) ₆ ) ²⁺ . Ионные пары препятствуют эволюции H ₂ и способствуют отсутствию дендритов, очень обратимому покрытию-удалению цинка. Точно так же была обнаружена многообещающая эффективность гальванического покрытия и снятия покрытия для недорогого 0.4 м ZnOTf ₂ + 8 м NaClO ₄ электролит. [85] Тем не менее, следует отметить, что при использовании электролита 1 м Zn (TFSI) ₂ + 20 м LiTFSI катион, интеркалированный в катод, в основном представляет собой Li ⁺ , а не Zn ²⁺ , что приводит к относительной более низкая удельная емкость из-за того, что электролит является активным компонентом ячейки. Смешанные соли концентрированных электролитов 1 м ZnOTf ₂ + 21 м LiTFSI были также исследованы с использованием электрода V ₂ O ₅ .[86] Было обнаружено, что высококонцентрированный электролит LiTFSI вызывал снижение удельной емкости с 350 до 250 мАч. Исследования ex situ и in situ доказали, что интеркаляция / деинтеркаляция Li ⁺ играет значительную роль в ячейках, в которых используется смешанный солевой электролит.

(a) Гальваностатическое снятие / покрытие цинка в симметричной Zn // Zn-ячейке при 0,2 мА см ^-2 .(b) СЭМ-изображение и рентгенограмма (вставка) Zn-анода после 500 циклов зачистки / нанесения покрытия в высококонцентрированном Zn-ионном электролите (HCZE, 1 м Zn (TFSI) ₂ + 20 м LiTFSI). (c) Типичный профиль напряжения полной ячейки Zn // LiMn ₂ O ₄ в HCZE при постоянном токе (0,2 C; емкость LiMn ₂ O ₄ , 2,4 мАч см ⁻² ). (d) Циклическая стабильность и кулоновская эффективность полной ячейки Zn // LiMn ₂ O ₄ в HCZE при 0.2 C. По материалам Ref. [36].

Эти результаты вдохновили на дальнейшие исследования, направленные на повторное использование концентрированного водного электролита на основе цинка. Фактически, подавление реакционной способности воды с помощью Zn-анода является фундаментальным для обеспечения обратимости процесса удаления цинка / нанесения покрытия. Обладая этими достоинствами, эвтектическая смесь мочевина / LiTFSI / Zn (TFSI) ₂ «вода-в-DES» электролит обеспечивает улучшение покрытия / удаления цинка даже при низких скоростях. [87] Однако, несмотря на эти многообещающие свойства, задействованный механизм и коррелированная межфазная фаза Zn / электролит все еще требуют более глубоких исследований.Действительно, при очень низком предельном потенциале (обычно ниже 0,2 В по сравнению с Zn ²⁺ / Zn, равным -0,5 В по сравнению с SHE) возникновение поверхностного слоя за счет восстановления аниона, особенно объемные анионы, такие как TFSI ^— и OTf ^— , не могут быть исключены. С другой стороны, разработка многофункциональной полимерной межфазной границы представляется интересной стратегией для регулирования поведения осаждения Zn в водной среде. Cui et al. разработали слой полиамидного покрытия, «вдохновленный отбеливателем», который впервые позволил достичь осаждения цинка без дендритов с высокой емкостью (10 мА · ч · см ⁻² ).[88] Влияние WiSE на растворение материала катода и границу раздела катод / электролит практически не исследовано. Несмотря на сообщения о некоторых стабильных водных батареях Zn на основе оксидов ванадия, [89] Сильное растворение в воде этих катодных материалов все еще представляет собой проблему, требующую решения, особенно при низкой плотности тока, когда побочные реакции более выражены.

4.3. Калий, протон, магний, кальций Водные и алюминиевые аккумуляторные батареи

Калий — элемент, который содержится в относительно большом количестве.Однако его большая атомная масса и размер по сравнению с Li и Na делают K-ионные батареи (KIB) менее привлекательными для приложений с высокой энергией. [90] Тем не менее, водные аккумуляторные батареи на основе шаттла K ⁺ (AKIB) удовлетворяют требованию низкой стоимости и являются потенциально жизнеспособной технологией. [91] Перспективными электродными материалами для AKIB являются аналоги берлинской голубой (PBA). [ 14c , 92 ] Сообщалось о применении WiSE на основе ацетата калия в AKIB. [93] Электролит KAc 30 м позволил получить широкое окно стабильности (3.2 В), обеспечивающий обратимое действие KTi ₂ (PO ₄ ) ₃ в качестве материала анода. Недавно сообщалось о системе AKIB, состоящей из Fe-замещенного, богатого марганцем берлинского синего K _x Fe _y Mn _{1− y} [Fe (CN) ₆ ] _w ⋅ z H ₂ O катод, органический 3,4,9,10-перилентетракарбоновый диимидный анод и 22 м KOTf WiSE. [94] Этот AKIB показал высокую плотность энергии (80 Вт · ч, кг ^-1 ), хорошо работая с широким диапазоном (0.1–20 C) и температурный (от –20 до 60 ° C) диапазоны. Катионы неметаллов, например ионы гидроксония (H ₃ O ⁺ ) и аммония (NH ₄ ⁺ ), также могут служить носителями заряда в аккумуляторах кресел-качалок (см. Таблицу). По этой причине в последнее время они вызывают большой интерес. [95] Электролит WiS на основе 25 мкм ацетата аммония (AmAc) был зарегистрирован в расширенном ESW до 2,95 В. Водная перезаряжаемая аммиачная батарея с использованием титановой кислоты TiO _1,85 (OH) _0.30 0,28 H ₂ O в качестве катода продемонстрировал удельную емкость около 84 мАч g ⁻¹ . [96] Эти результаты обнадеживают, особенно для приложений хранения энергии в масштабе сети, однако до настоящего времени было опубликовано лишь несколько исследований, что свидетельствует о необходимости дополнительных исследований в этом направлении.

Магниево-ионные батареи (MIB), в которых используется двухэлектронный окислительно-восстановительный процесс, считаются привлекательной альтернативой химии. Фактически, водные перезаряжаемые магниевые батареи (AMIB) в принципе могут предложить преимущества высокой плотности энергии и низкой стоимости.[97] Интересно, что Wang et al. предложил высоковольтный AMIB с использованием 4 м Mg (TFSI) ₂ WiSE, предлагая расширенный ESW (2,0 В), то есть намного выше, чем полученный с использованием 1 м электролита MgSO ₄ (≈1,3 В). [98] За счет соединения такого WiSE с катодом Li ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ и анодом из полипиромеллитового диангидрида (PPMDA) были получены AMIB 1,9 В с высокой удельной энергией (68 Вт · ч кг ⁻¹ ) и мощности (1440 Вт · кг ⁻¹ ), а также превосходную стабильность при циклировании (более 6000 циклов).Эти значения хорошо соответствуют требованиям для батарей, используемых в коммерческих хранилищах на уровне сети, таких как свинцово-кислотные (75–300 Вт, кг ^–1 ) и ванадиевые батареи с окислительно-восстановительным потоком (60–100 Вт, кг, ^–1 ). Ca ²⁺ — это еще один двухвалентный ион, который имеет потенциал для использования в качестве накопителя энергии из-за его химического сходства с Mg ²⁺ , но более быстрой кинетики реакции (таким образом, лучшие энергетические характеристики) и более низкой поляризации. [99] Реализация безопасного и недорогого водного Ca-ионного аккумулятора (ACIB) на основе высокообратимого полиимидного анода и катода из гексацианоферрата меди (CuHCF) с использованием 2.5 м Ca (NO ₃ ) ₂ водный электролит. [100] Jeong et al. исследовали влияние концентрации соли в водном электролите на способность хранения иона Ca ²⁺ в CuHCF. [101] Результаты показали, что использование электролита 8,37 м Ca (NO ₃ ) ₂ улучшило разрядную емкость и срок службы по сравнению с разбавленным (1 м Ca (NO ₃ ) ₂ ). Перезаряжаемые водные алюминиево-ионные батареи (AAIB) привлекают большое внимание ввиду их способности к быстрой зарядке, высокой цикличности и удовлетворительной емкости, обеспечиваемой трехэлектронным окислительно-восстановительным процессом.Кроме того, алюминия много, он дешев и обладает высокой объемной способностью. [102] Недавно новый Al / AlCl ₃ / графит AAIB с использованием электролита WIS (AlCl ₃ ⋅6 H ₂ O) показал среднее напряжение разряда 1,44 В и разрядную емкость 165 мАч г ^-1 с высоким кулоновским КПД, превышающим 95% после 1000 циклов. [103]

Несмотря на многообещающие свойства, ключевыми проблемами для поливалентных систем являются разработка инновационных совместимых систем электролитов и низкая подвижность Al ³⁺ во многих электролитах и ​​положительных электродах.

5. Выводы и перспективы

Достижения в водных аккумуляторах во многом связаны с инновациями в области электролита. Концентрированные электролиты, характеризующиеся уникальной электрохимией, будут играть решающую роль в разработке высокоэнергетических БРА, что в конечном итоге обеспечит длительный срок службы. Их использование позволяет расширить окно электрохимической стабильности, увеличивая, таким образом, среднее напряжение на ячейке. Кроме того, образование стабильного образования SEI предотвращает воздействие на электродные материалы электролитов, тем самым также ограничивая паразитные реакции и процессы растворения, обычно возникающие при использовании электродов на основе NASICON.

Однако, хотя был достигнут значительный прогресс в производительности водных аккумуляторов с использованием концентрированных электролитов, все же необходимо решить некоторые основные проблемы. Важной и неотложной задачей является снижение стоимости уже существующих концентрированных водных электролитов, таких как электролиты на основе сульфонатов, для значительного снижения общей стоимости на уровне элементов. Фактически, из-за очень большого количества используемой соли стоимость электролита будет сильно зависеть от стоимости используемой соли.Кроме того, еще одним важным параметром является плотность. Действительно, высокая плотность концентрированных электролитов неизбежно приведет к уменьшению удельной энергии элемента, если учесть равные объемные количества жидкости в элементе. ARLIB широко исследуются из-за превосходного уровня технологической готовности неводных систем и большого количества доступных электродов-кандидатов. С другой стороны, философия низкой стоимости натрий-ионной технологии идеально соответствует идее электролитов на водной основе, дополнительно снижая затраты и, таким образом, представляя собой наиболее многообещающую устойчивую систему хранения следующего поколения.В то время как снижение затрат напрямую связано с улучшением производства, повышение производительности является более сложной задачей. В частности, необходимо приложить дополнительные усилия для поиска подходящих электродных материалов, полученных из недорогого и богатого сырья и обладающих высокими характеристиками, для применения в крупномасштабных приложениях для накопления энергии.

Тем не менее, электродные материалы также должны быть оптимизированы в отношении использования WiSE. Одной из самых больших проблем при разработке улучшенных электродных материалов является их химическая стабильность (включая растворимость) в водных электролитах, что, скорее всего, связано с сильно диполярной природой воды.Хотя концентрированные электролиты способны повышать напряжение элемента, существующие водные технологии все еще остаются на контрольном уровне, подчеркивая необходимость дальнейшего совершенствования, чтобы конкурировать со свинцово-кислотными батареями.

Еще одно важное явление, которое необходимо выяснить и исследовать, — это образование SEI в концентрированных электролитах. Фундаментальное понимание процессов передачи заряда и хранения в ARB имеет важное значение для рационального проектирования компонентов аккумуляторных батарей следующего поколения, что позволяет создавать высокопроизводительные системы.Идентификация фундаментальных компонентов, которые лежат в основе функций и механизма образования новой химии SEI, полученной из анионов, может представлять собой ключевой поворотный момент для технологического прорыва. Учитывая сложность природы SEI, необходимо использовать различные методы для одновременного достижения химической, морфологической, временной и пространственной чувствительности, необходимой для понимания всех ее аспектов.

В настоящее время большинство отчетов по характеристике поверхности выполняется с помощью посмертной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии.Однако нельзя исключить манипуляции с образцом, воздействие воздуха или повреждение луча, и природа SEI может измениться в зависимости от его исходного состава или морфологии, сформированной внутри ячеек. Например, известно, что остаточная соль LiTFSI или LiFSI на поверхности электродов может подвергаться разложению на LiF под действием рентгеновского излучения или распыления Ar ⁺ в камере для рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. [104] Таким образом, анализ in situ или оперативный анализ играет важную роль для получения более точной информации о межфазной химии.[105] Нет сомнений в том, что все компоненты ячейки играют фундаментальную роль в химии батареи, однако электролиты представляют собой наиболее важный компонент, являясь средством связи между электродами. Влияние концентрации соли на химию водных электролитов является важным научным знанием не только для химии электродов на основе металлов и ионов металлов, но также предлагает предложения для других систем хранения энергии, таких как проточные окислительно-восстановительные батареи (RFB). [106] и двойные ионные батареи (DIB).[107]

В целом, как показано в этом обзоре, полученные знания о химии концентрированных водных электролитов для применения в высокоэнергетических перезаряжаемых батареях могут стать основой для разработки широкого спектра передовых технологий будущего накопления энергии на водной основе.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Биографическая информация

Хуан Чжан — доцент Института гибкой электроники Северо-Западного политехнического университета.Он получил докторскую степень. получил степень по физической химии в Технологическом институте Карлсруэ в 2018 году. В настоящее время его исследовательские интересы сосредоточены на разработке современных электродных и электролитных материалов для аккумуляторов .

Биографическая информация

Ивана Хаса — научный сотрудник Технологического института Карлсруэ, Институт Гельмгольца в Ульме (Германия). Получила докторскую степень по химии в Римском университете Ла Сапиенца (Италия). До прихода в Институт Гельмгольца в Ульме она была научным сотрудником-химиком в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США) в группе доктора Х.Роберт Костецки. Ее текущая исследовательская деятельность сосредоточена на разработке функциональных материалов и понимании процессов, управляющих химией натриево-ионных батарей .

Биографическая информация

Стефано Пассерини — профессор Технологического института Карлсруэ, Институт Гельмгольца в Ульме. В прошлом профессор Мюнстерского университета, он стал соучредителем исследовательского центра MEET по аккумуляторным батареям в Мюнстерском университете. Его исследовательская деятельность сосредоточена на электрохимическом хранении энергии с особым вниманием к повышению устойчивости высокоэнергетических батарей .

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Ассоциацию Гельмгольца за поддержку в рамках Сети передового опыта по постлитиевым батареям (ExNet-0035). H.Z. выражает признательность за финансовую поддержку Центральных университетов из фондов фундаментальных исследований. Финансирование открытого доступа организовано и организовано Projekt DEAL.

Банкноты

Х. Чжан, Х. Лю, Х. Ли, И. Хаса, С. Пассерини, Angew. Chem. Int. Эд. 2021 , 60 , 598.

Список литературы

2. Вэнь Дж., Ю. Ю., Чен К., Mater. выражать 2012, 2, 197–212. [Google Scholar] 3. Чжан С. С., Дж. Источники энергии 2006, 162, 1379–1394. [Google Scholar]

4.

4a. Varzi A., Raccichini R., Passerini S., Scrosati B., J. Mater. Chem. А 2016, 4, 17251–17259; [Google Scholar] 4b. Улисси У., Ито С., Хоссейни С. М., Варци А., Айхара Й., Пассерини С., Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801462; [Google Scholar] 5. Посада Дж. О. Г., Ренни А. Дж. Р., Вильяр С. П., Мартинс В.Л., Мариначчо Дж., Барнс А., Гловер К. Ф., Уорсли Д. А., Холл П. Дж., Возобновляемая устойчивая энергия Rev. 2017, 68, 1174–1182. [Google Scholar] 6. Ким Х., Хонг Дж., Пак К.-Й., Ким Х., Ким С.-В., Кан К., Chem. Ред. 2014, 114, 11788–11827. [PubMed] [Google Scholar] 7. Даути Д. Х., Батлер П. К., Ахил А. А., Кларк Н. Х., Бойс Дж. Д., Electrochem. Soc. Интерфейс 2010, 19, 49–53. [Google Scholar] 9. Хуан Дж., Го З., Ма Ю., Бинь Д., Ван Ю., Ся Ю., Малые методы 2019, 3, 1800272. [Google Scholar] 10.К. Монгирд, В. В. Вишванатан, П. Дж. Балдуччи, М. Дж. Э. Алам, В. Фотедар, В. С. Коритаров, Б. Хаджериуа, Отчет о технологиях хранения энергии и характеристиках затрат США. 2019 https://www.osti.gov/servlets/purl/1573487.11. Мэй Г. Дж., Дэвидсон А., Монахов Б., Дж. Хранение энергии 2018, 15, 145–157. [Google Scholar]

12. Whitacre J., патент США 20110311846A1, 2011.

13.

13a. Псевдоним Н., Мохамад А. А., Дж. Источники энергии 2015, 274, 237–251; [Google Scholar] 13b.Wang Y., Yi J., Xia Y., Adv. Energy Mater. 2012, 2, 830–840. [Google Scholar]

14.

14a. Тан В., Лю Л., Чжу Ю., Сунь Х., У Ю., Чжу К., Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6909–6913; [Google Scholar] 14b. Лу Ю., Гуденаф Дж. Б., Ким Ю., Дж. Ам. Chem. Soc. 2011, 133, 5756–5759; [PubMed] [Google Scholar] 14c. Wessells C.D., Peddada S.V., Huggins R.A., Cui Y., Nano Lett. 2011, 11, 5421–5425; [PubMed] [Google Scholar] 14д. Ло Ж.-Й., Цуй В.-Дж., Хэ П., Ся Й.-Й., Нат. Chem. 2010, 2, 760–765; [PubMed] [Google Scholar] 14e.Ван Г., Фу Л., Чжао Н., Ян Л., Ву Ю., Ву Х., Angew. Chem. Int. Эд. 2006, 46, 295–297; [PubMed] [Google Scholar] Энгью. Chem. 2006, 118, 299–301; [Google Scholar] 14f. Pasta M., Wessells C.D., Huggins R.A., Cui Y., Nat. Commun. 2012, 3, 1149. [PubMed] [Google Scholar]

15.

15a. Манджунатха Х., Суреш Г. С., Венкатеша Т. В., Дж. Электрохимия твердого тела. 2011, 15, 431–445; [Google Scholar] 15b. Фанг Г., Чжоу Дж., Пан А., Лян С., ACS Energy Lett. 2018, 3, 2480–2501; [Google Scholar] 15c.Бин Д., Ван Ф., Тамират А. Г., Суо Л., Ван Й., Ван К., Ся Й., Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1703008. [Google Scholar] 16. Суо Л., Бородин О., Гао Т., Ольгин М., Хо Дж., Фань Х., Луо К., Ван К., Сюй К., Science 2015, 350, 938–943. [PubMed] [Google Scholar] 17. Ван Л., Менакат А., Хан Ф., Ван Ю., Завалий П. Ю., Гаскелл К. Дж., Бородин О., Юга Д., Браун С. П., Ван К., Сю К., Эйххорн Б. В., Nat. Chem. 2019, 11, 789–796. [PubMed] [Google Scholar] 18. Маккиннон В. Р., Дан Дж. Р., J. Electrochem. Soc.1985, 132, 364–366. [Google Scholar] 19. Чон С.-К., Инаба М., Ирияма Ю., Абэ Т., Огуми З., Electrochem. Solid-State Lett. 2003, 6, A13 – A15. [Google Scholar]

20.

20a. Ямада Ю., Такадзава Ю., Миядзаки К., Абэ Т., J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11680–11685; [Google Scholar] 20b. Суо Л., Ху Й.-С., Ли Х., Арманд М., Чен Л., Nat. Commun. 2013, 4, 1481; [PubMed] [Google Scholar] 20c. Мацумото К., Иноуэ К., Накахара К., Юге Р., Ногучи Т., Уцуги К., Дж. Источники энергии 2013, 231, 234–238.[Google Scholar]

21.

21a. Цзяо С., Рен Х., Цао Р., Энгельхард М.Х., Лю Ю., Ху Д., Мей Д., Чжэн Дж., Чжао В., Ли К., Лю Н., Адамс Б.Д., Ма К., Лю Дж., Чжан Дж .-Г., Сюй В., Nat. Энергия 2018, 3, 739–746; [Google Scholar] 21b. Манникс А. Дж., Чжан З., Гизингер Н. П., Якобсон Б. И., Херсам М. К., Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 444–450; [PubMed] [Google Scholar] 21c. Альварадо Дж., Шредер М. А., Чжан М., Бородин О., Гоброгге Э., Ольгин М., Динг М. С., Гобет М., Гринбаум С., Мэн Ю. С., Сюй К., Матер. Сегодня 2018, 21, 341–353; [Google Scholar] 21d. Fan X., Chen L., Ji X., Deng T., Hou S., Chen J., Zheng J., Wang F., Jiang J., Xu K., Wang C., Chem 2018, 4, 174–185. [Google Scholar] 22. Макоуэн Д. В., Сео Д. М., Бородин О., Ватаману Дж., Бойл П. Д., Хендерсон В. А., Energy Environ. Sci. 2014, 7, 416–426. [Google Scholar]

23.

23a. Ёсида К., Накамура М., Казуэ Ю., Татикава Н., Цузуки С., Секи С., Докко К., Ватанабэ М., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13121–13129; [PubMed] [Google Scholar] 23c.Chen S., Zheng J., Mei D., Han K. S., Engelhard M. H., Zhao W., Xu W., Liu J., Zhang J.-G., Adv. Матер. 2018, 30, 1706102; [PubMed] [Google Scholar] 23д. Ямада Ю., Ямада А., J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A2406 – A2423; [Google Scholar] 23f. Ямада Ю., Ван Дж., Ко С., Ватанабэ Э., Ямада А., Nat. Энергия 2019, 4, 269–280. [Google Scholar]

24.

24a. Wu H., Chan G., Choi J. W., Ryu I., Yao Y., McDowell M. T., Lee S. W., Jackson A., Yang Y., Hu L., Cui Y., Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 310; [PubMed] [Google Scholar] 24b.Верма П., Майре П., Новак П., Electrochim. Acta 2010, 55, 6332–6341; [Google Scholar] 24c. Муньос-Маркес М.А., Заурел Д., Гомес-Камер Х. Л., Касас-Кабанас М., Кастильо-Мартинес Э., Рохо Т., Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1700463. [Google Scholar] 26. Ван К., Мэн Ю.С., Сюй К., J. Electrochem. Soc. 2019, 166, A5184 – A5186. [Google Scholar] 27. Dubouis N., Lemaire P., Mirvaux B., Salager E., Deschamps M., Grimaud A. J. L., Energy Environ. Sci. 2018, 11, 3491–3499. [Google Scholar] 28. Пельо П., Жиро Х.Х., Energy Environ. Sci. 2018, 11, 2306–2309. [Google Scholar] 29. Chen W., Ambrosio F., Miceli G., Pasquarello A., Phys. Rev. Lett. 2016, 117, 186401. [PubMed] [Google Scholar] 30. Ван Г. Дж., Чжао Н. Х., Ян Л. С., Ву Ю. П., Ву Х. К., Хольц Р., Electrochim. Acta 2007, 52, 4911–4915. [Google Scholar] 31. Ян К., Чен Дж., Цин Т., Фан Х., Сун В., фон Кресче А., Дин М.С., Бородин О., Ватаману Дж., Шредер М.А., Эйдсон Н., Ван К., Сюй К. , Джоуль 2017, 1, 122–132. [Google Scholar] 32. Суо Л., О Д., Лин Ю., Чжо З., Бородин О., Гао Т., Ван Ф., Кусима А., Ван З., Ким Х.-К., Ци Ю., Ян В., Пан Ф., Ли Дж. ., Xu K., Wang C., J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18670–18680. [PubMed] [Google Scholar] 33. Kühnel R. S., Reber D., Remhof A., Figi R., Bleiner D., Battaglia C., Chem. Commun. 2016, 52, 10435–10438. [PubMed] [Google Scholar] 34. Ян К., Суо Л., Бородин О., Ван Ф., Сунь В., Гао Т., Фань Х., Хоу С., Ма З., Амин К., Сю К., Ван К., Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки 2017, 114, 6197–6202. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 35.Дун К., Яо Х., Чжао Ю., Ци М., Чжан Х., Сунь Х., Хе Й., Ван Д., Chem 2018, 4, 1345–1358. [Google Scholar] 36. Ван Ф., Бородин О., Гао Т., Фан Х., Сунь В., Хань Ф., Фараоне А., Дура Дж. А., Сюй К., Ван К., Nat. Матер. 2018, 17, 543–549. [PubMed] [Google Scholar] 38. Суо Л., Хань Ф., Фань Х., Лю Х., Сю К., Ван С., J. Mater. Chem. А 2016, 4, 6639–6644. [Google Scholar] 39. Ван Ф., Линь Ю., Суо Л., Фань Х., Гао Т., Ян К., Хань Ф., Ци Ю., Сю К., Ван С., Energy Environ. Sci. 2016, 9, 3666–3673. [Google Scholar] 40.Wang F., Suo L., Liang Y., Yang C., Han F., Gao T., Sun W., Wang C., Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1600922. [Google Scholar] 41. Чой Дж. У., Аурбах Д., Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16013. [Google Scholar] 42. Ван А., Кадам С., Ли Х., Ши С., Ци Ю., npj Comput. Матер. 2018, 4, 15. [Google Scholar] 43. Ямада Ю., Усуи К., Содеяма К., Ко С., Татеяма Ю., Ямада А., Nat. Энергия 2016, 1, 16129. [Google Scholar] 44. Дилла А. Г., Хенкельман Г., Стивенсон К. Дж., Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1104–1112. [PubMed] [Google Scholar] 45.Суо Л., Бородин О., Сан В., Фан Х., Ян К., Ван Ф., Гао Т., Ма З., Шредер М., фон Кресче А., Рассел С. М., Арман М., Энджелл А. ., Сюй К., Ван С., Ангью. Chem. Int. Эд. 2016, 55, 7136–7141; [PubMed] [Google Scholar] Энгью. Chem. 2016, 128, 7252–7257. [Google Scholar]

46. Такечи К., Ян Р., Патент США, 20180062205A1, 2018.

47. Wang F., Borodin O., Ding MS, Gobet M., Vatamanu J., Fan X., Gao T., Edison N., Liang Y., Sun W., Greenbaum S., Xu K., Wang C. , Джоуль 2018, 2, 927–937.[Google Scholar] 48. Zhang Y., Ye R., Henkensmeier D., Hempelmann R., Chen R., Electrochim. Acta 2018, 263, 47–52. [Google Scholar]

49.

49b. Li N.-W., Yin Y.-X., Yang C.-P., Guo Y.-G., Adv. Матер. 2016, 28, 1853–1858. [PubMed] [Google Scholar] 50. Лу Дж., Чен З., Ма З., Пан Ф., Кертисс Л. А., Амин К., Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 1031. [PubMed] [Google Scholar]

52.

52a. Чоудхури Н. А., Сампат С., Шукла А. К., Energy Environ. Sci. 2009, 2, 55–67; [Google Scholar] 53.Bordi F., Cametti C., Di Biasio A., J. Phys. Chem. 1988, 92, 4772–4777. [Google Scholar] 54. Ван Ю., Лай Н.-К., Лу Ю.-Р., Чжоу Ю., Дун С.-Л., Лу Ю.-К., Джоуль 2018, 2, 2364–2380. [Google Scholar] 55. Ян К., Чен Дж., Цзи Х., Поллард Т.П., Лю Х., Сунь С.-Дж., Хоу С., Лю К., Лю К., Цин Т., Ван Ю., Бородин О., Рен Ю., Сюй К., Ван К., Природа 2019, 569, 245–250. [PubMed] [Google Scholar] 56. Streipert B., Röser S., Kasnatscheew J., Janßen P., Cao X., Wagner R., Cekic-Laskovic I., Winter M., J. Electrochem.Soc. 2017, 164, A1474 – A1479. [Google Scholar] 57. Ямада Ю., Чанг К. Х., Содеяма К., Ван Дж., Татеяма Ю., Ямада А., ChemElectroChem 2015, 2, 1687–1694. [Google Scholar] 58. Ли С., Черч Б. С., J. Appl. Электрохим. 2017, 47, 839–853. [Google Scholar] 59. Кустан Л., Загиб К., Беланже Д., Дж. Источники энергии 2018, 399, 299–303. [Google Scholar] 60. Лукацкая М. Р., Фельдблюм Дж. И., Маканик Д. Г., Лиссель Ф., Михельс Д. Л., Цуй Ю., Бао З., Energy Environ. Sci. 2018, 11, 2876–2883. [Google Scholar] 61.Хэ Х., Янь Б., Чжан Х., Лю З., Брессер Д., Ван Дж., Ван Р., Цао Х., Су Й., Цзя Х., Грей С. П., Фрилингхаус Х., Трухлар Д. Г., Винтер М., Ли Дж., Пайярд Э., Nat. Commun. 2018, 9, 5320. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 62. Хинтон Дж. Ф., Эмис Э. С., Chem. Ред. 1971, 71, 627–674. [Google Scholar]

63.

63a. Zhang H., Hasa I., Passerini S., Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702582; [Google Scholar] 63b. Слейтер М. Д., Ким Д., Ли Э., Джонсон С. С., Adv. Funct. Матер. 2013, 23, 947–958.[Google Scholar]

64.

64a. Ло В., Шен Ф., Бомье К., Чжу Х., Цзи Х., Ху Л., Acc. Chem. Res. 2016, 49, 231–240; [PubMed] [Google Scholar] 64b. Ким Х., Ким Х., Дин З., Ли М. Х., Лим К., Юн Г., Кан К., Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600943; [Google Scholar]

65.

65a. Li Z., Young D., Xiang K., Carter W. C., Chiang Y.-M., Adv. Energy Mater. 2013, 3, 290–294; [Google Scholar] 65b. Чжан К., Ляо К., Чжай Т., Ли Х., Electrochim. Acta 2016, 196, 470–478. [Google Scholar] 66.Zhang L., Huang T., Yu A., J. Alloys Compd. 2015, 646, 522–527. [Google Scholar]

67.

67a. Ван Ю., Лю Дж., Ли Б., Цяо Р., Ян З., Сюй С., Ю X., Гу Л., Ху Ю.-С., Ян В., Кан К., Ли Х. , Ян X.-Q., Чен Л., Хуанг X., Нат. Commun. 2015, 6, 6401; [PubMed] [Google Scholar] 67b. Мейсон К. В., Ланге Ф., ECS Electrochem. Lett. 2015, 4, A79 – A82. [Google Scholar] 68. Суо Л., Бородин О., Ван Й., Ронг Х., Сунь В., Фань Х., Сюй С., Шредер М.А., Кресче А.В., Ван Ф., Ян К., Ху Ю.-С., Сюй К., Ван К., Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1701189. [Google Scholar] 69. Zhang H., Jeong S., Qin B., Vieira Carvalho D., Buchholz D., Passerini S., ChemSusChem 2018, 11, 1382–1389. [PubMed] [Google Scholar] 70. Ребер Д., Кюнель Р.-С., Батталья К., Устойчивое энергетическое топливо 2017, 1, 2155–2161. [Google Scholar] 71. Кюнель Р.-С., Ребер Д., Батталья К., ACS Energy Lett. 2017, 2, 2005–2006. [Google Scholar] 72. Чжан Х., Цинь Б., Хан Дж., Пассерини С., ACS Energy Lett. 2018, 3, 1769–1770. [Google Scholar] 73.Хан Дж., Чжан Х., Варзи А., Пассерини С., ChemSusChem 2018, 11, 3704–3707. [PubMed] [Google Scholar] 74. Могенсен Р., Бранделл Д., Юнеси Р., ACS Energy Lett. 2016, 1, 1173–1178. [Google Scholar]

75.

75a. Zhang L., Chen L., Zhou X., Liu Z., Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1400930; [Google Scholar] 75b. Кунду Д., Адамс Б. Д., Даффорт В., Ваджарга С. Х., Назар Л. Ф., Nat. Энергия 2016, 1, 16119. [Google Scholar] 76. Ли Г., Ян З., Цзян Ю., Цзинь К., Хуанг В., Дин Х., Хуан Ю., Nano Energy 2016, 25, 211–217.[Google Scholar] 78. Ли Б., Со Х. Р., Ли Х. Р., Юн С. С., Ким Дж. Х., Чунг К. Ю., Чо Б. В., О С. Х., ChemSusChem 2016, 9, 2948–2956. [PubMed] [Google Scholar] 79. Саундхарраджан В., Самбандам Б., Ким С., Альфаруки М. Х., Путро Д. Ю., Джо Дж., Ким С., Мэтью В., Сун Ю.-К., Ким Дж., Nano Lett. 2018, 18, 2402–2410. [PubMed] [Google Scholar]

80.

80a. Пан Х., Шао Ю., Ян П., Ченг Ю., Хан К. С., Не З., Ван К., Ян Дж., Ли Х., Бхаттачарья П., Мюллер К. Т., Лю Дж., Nat. Энергия 2016, 1, 16039; [Google Scholar] 80b.Кан Л., Цуй М., Цзян Ф., Гао Ю., Ло Х., Лю Дж., Лян В., Чжи К., Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801090. [Google Scholar]

81.

81a. Конаров А., Воронина Н., Джо Дж. Х., Бакенов З., Сун Ю.-К., Мён С.-Т., ACS Energy Lett. 2018, 3, 2620–2640; [Google Scholar] 81b. Мин Дж., Го Дж., Ся К., Ван В., Альшариф Х. Н., Mater. Sci. Англ. р 2019, 135, 58–84. [Google Scholar] 82. Zhang N., Cheng F., Liu Y., Zhao Q., Lei K., Chen C., Liu X., Chen J., J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12894–12901. [PubMed] [Google Scholar] 83.Peng Z., Wei Q., ​​Tan S., He P., Luo W., An Q., Mai L., Chem. Commun. 2018, 54, 4041–4044. [PubMed] [Google Scholar] 84. Лю X., Чжан Х., Гейгер Д., Хан Дж., Варзи А., Кайзер У., Моретти А., Пассерини С., Chem. Commun. 2019, 55, 2265–2268. [PubMed] [Google Scholar] 85. Ли В., Ван К., Чжоу М., Чжан Х., Ченг С., Цзян К., ACS Appl. Матер. Интерфейсы 2018, 10, 22059–22066. [PubMed] [Google Scholar] 86. Ху П., Янь М., Чжу Т., Ван Х., Вэй Х., Ли Дж., Чжоу Л., Ли З., Чен Л., Май Л., ACS Appl. Матер.Интерфейсы 2017, 9, 42717–42722. [PubMed] [Google Scholar] 87. Чжао Дж., Чжан Дж., Ян В., Чен Б., Чжао З., Цю Х., Дун С., Чжоу Х., Цуй Г., Чен Л., Nano Energy 2019, 57, 625–634. [Google Scholar] 88. Zhao Z., Zhao J., Hu Z., Li J., Li J., Zhang Y., Wang C., Cui G., Energy Environ. Sci. 2019, 12, 1938–1949. [Google Scholar]

90.

90a. Ву X., Леонард Д. П., Цзи X., Chem. Матер. 2017, 29, 5031–5042; [Google Scholar] 90b. Сюэ Л., Ли Ю., Гао Х., Чжоу В., Лю X., Кавеевивитчай В., Мантирам А., Гуденаф Дж. Б., Дж. Ам. Chem. Soc. 2017, 139, 2164–2167. [PubMed] [Google Scholar] 91. Су Д., МакДонах А., Цяо С.-З., Ван Г., Adv. Матер. 2017, 29, 1604007. [PubMed] [Google Scholar] 92. Wessells C.D., Peddada S.V., McDowell M.T., Huggins R.A., Cui Y., J. Electrochem. Soc. 2011, 159, A98 – A103. [Google Scholar] 93. Леонард Д. П., Вей З., Чен Г., Ду Ф., Джи Х., ACS Energy Lett. 2018, 3, 373–374. [Google Scholar] 94. Цзян Л., Лу Ю., Чжао К., Лю Л., Чжан Дж., Чжан К., Шен Х., Чжао Дж., Ю X., Ли Х., Хуанг Х., Чен Л., Ху Ю.-С., Нат. Энергия 2019, 4, 495–503. [Google Scholar]

95.

95a. У X., Ци Ю., Хун Дж. Дж., Ли З., Эрнандес А. С., Цзи X., Angew. Chem. Int. Эд. 2017, 56, 13026–13030; [PubMed] [Google Scholar] Энгью. Chem. 2017, 129, 13206–13210; [Google Scholar] 95b. Wang X., Bommier C., Jian Z., Li Z., Chandrabose R. S., Rodríguez-Pérez I.A., Greaney P.A., Ji X., Angew. Chem. Int. Эд. 2017, 56, 2909–2913; [PubMed] [Google Scholar] Энгью. Chem. 2017, 129, 2955–2959. [PubMed] [Google Scholar] 96.Холубек Дж. Дж., Цзян Х., Леонард Д., Ци Ю., Бустаманте Г. К., Джи Х., Chem. Commun. 2018, 54, 9805–9808. [PubMed] [Google Scholar]

97.

97a. Чжан Х., Е К., Хуан Х., Ван Х., Ченг К., Сяо Х., Ван Г., Цао Д., Дж. Источники энергии 2017, 338, 136–144; [Google Scholar] 97b. Лю Г., Чи К., Чжан Ю., Чен К., Чжан К., Чжу К., Цао Д., Chem. Commun. 2018, 54, 9474–9477. [PubMed] [Google Scholar] 98. Ван Ф., Фань X., Гао Т., Сунь В., Ма З., Ян К., Хань Ф., Сюй К., Ван К., ACS Cent. Sci.2017, 3, 1121–1128. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 99. Ponrouch A., Frontera C., Barde F., Palacin M. R., Nat. Матер. 2016, 15, 169–172. [PubMed] [Google Scholar] 100. Gheytani S., Liang Y. L., Wu F. L., Jing Y., Rao H. K. K., Chi X. W., Fang F., Yao Y., Adv. Sci. 2017, 4, 1700465. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 101. Ли С., Чон С.-К., Chem. Lett. 2016, 45, 1447–1449. [Google Scholar] 102. Верма В., Кумар С., W. Маналастас-младший , Сатиш Р., Сринивасан М., Adv. Устойчивая система.2019, 3, 1800111. [Google Scholar] 103. Pan W., Wang Y., Zhang Y., Kwok H.Y.H., Wu M., Zhao X., Leung D.Y.C., J. Mater. Chem. А 2019, 7, 17420–17425. [Google Scholar] 104. Лу Дж., Ву Т., Амин К., Нат. Энергия 2017, 2, 17011. [Google Scholar] 106. Пак М., Рю Дж., Ван В., Чо Дж., Нат. Rev. Mater. 2016, 2, 16080. [Google Scholar]

107.

107a. Чжан Х., Лю X., Цинь Б., Пассерини С., Дж. Источники энергии 2020, 449, 227594; [Google Scholar] 107b. Врогеманн Дж. М., Кюнне С., Хекманн А., Родригес-Перес И.A., Siozios V., Yan B., Li J., Winter M., Beltrop K., Placke T., Adv. Energy Mater. 2020, 10, 19. [Google Scholar]

Модулирующая структура электролита для водных цинковых батарей при сверхнизких температурах

Low-T

_{t Дизайн раствора}

H ₂ O содержит частично положительно заряженные атомы H и частично отрицательно заряженные атомы O. Н-связь (O – H ··· O) образуется между атомом O и атомом H соседнего H ₂ O в результате электростатического взаимодействия, в основном ³⁷ .Значительно отклоняясь от закона гидридов халькогенов (рис. 1а), вода имеет нелогично высокую температуру замерзания из-за большого количества Н-связей. При температуре ниже 0 ° C вода может легко превратиться в лед, что сопровождается образованием дополнительных 0,52 H-связей на H ₂ O (дополнительное примечание 1). Таким образом, разрушение водородных связей в воде увеличило бы разрыв энергии преобразования между водой и льдом в термодинамике. Кроме того, зарождение льда, как начальная стадия замораживания, зависит от молекул воды с тетраэдрически координированной структурой, растущих в стопку гексагональных последовательностей ¹⁷ (дополнительный рис.1). Таким образом, регулирование количества водородных связей и уменьшение количества молекул воды, сильно связанных водородом, может достоверно подавить замерзание воды в кинетическом пути.

Рис. 1: Схема решения с низкой температурой _т .

a Температура замерзания гидридов халькогенов. H ₂ O заметно отклоняется от закона между температурой замерзания и молекулярной массой. Идеальная точка замерзания отмечена длинной линией. b Схема эволюции структуры воды и электролита и конструкция раствора с низкой температурой _t .Исходная водная сеть, связанная водородными связями, может легко трансформироваться в ледяную сеть при 0 ° C. После добавления ZnCl ₂ сетка водородных связей разрывается из-за сильного взаимодействия между ионами и водой, в то время как взаимодействия ионов усиливаются. Уравновешивая водородные связи и ионные взаимодействия для модуляции T _t , электролит при критическом \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) может работать при чрезвычайно низкой температуре. c Оптические фотографии различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов при 25 и −70 ° C.При -70 ° C электролит с низким / высоким значением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) является твердым, а умеренный \ ({\ mathrm {C}} _ {{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) (7,5–10 м) электролит остается жидким.

Обладая многовалентным зарядом и малым радиусом, Zn ²⁺ обладает большим электрическим полем и генерирует сильные электростатические взаимодействия с диполярной молекулой воды и, таким образом, перестраивает координационные структуры молекул воды вокруг ионов металлов. Атомы O удерживаются ионами металлов за счет гидратации и практически не участвуют в образовании Н-связей, что приводит к значительному снижению количества Н-связей.В принципе, по мере увеличения концентрации соли металла разрушается больше водородных связей в воде. Следовательно, ожидается, что электролит с восстановленными водородными связями останется в жидком состоянии при отрицательной температуре. Однако введение массы солей металлов — палка о двух концах. Физические характеристики раствора также ухудшаются из-за такого концентрированного содержания. Во-первых, усиленное взаимодействие между катионами и анионами приводит к высокой вязкости, что приводит к вредному процессу массопереноса и высокой T _t ^36,38,39 .Между тем, растворимость солей металлов значительно снижается при снижении температуры, а тенденция к вытеснению соли сильно ограничивает диапазон температур жидкости. Поэтому для получения раствора с низким T _t мы ввели хорошо растворимую соль — ZnCl ₂ и учли как модуляцию водородных связей, так и взаимодействия катион-анион, реализовали максимальное ингибирование перехода жидкость-твердое тело. регулируя \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \). Как показано на рис.1b, исходная структура водородных связей разрушается из-за сильной диполь-дипольной силы между ионными частицами и молекулами воды, и возникают конфигурации сольватации Zn ²⁺ . Этот электролит в основном состоит из молекулы воды со слабым взаимодействием водородных связей, Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2–, ZnCl ⁺ и Zn (H ₂ O). ₆ ²⁺ . Слабая водородная связь снижает температуру замерзания воды, в то время как усиленные ионные взаимодействия повышают T _t электролита.Таким образом, балансировка двух вышеупомянутых аспектов может модулировать T _t , а критическое значение \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) означает, что этот электролит может работать при чрезвычайно низкой температуре. , что проявляется в жидком электролите с умеренным \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) при –70 ° C (рис. 1в).

Структуры электролита и переходы твердое тело-жидкость

Рамановская спектроскопия была проведена для изучения эволюции водородных связей и образования конфигураций сольватации в электролите с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \).На рис. 2а, б валентное колебание O – H молекул воды (3000–3700 см, ^–1 ) демонстрирует очевидный широкий пик, который часто сворачивается на три составляющих. Основываясь на предыдущих отчетах ^40,41 , пик комбинационного рассеяния постепенно смещается в синюю сторону по мере ослабления взаимодействия водородных связей, поэтому волновые числа основных пиков, расположенные на ∼3230, ∼3450 и ∼3620 см ^-1 , соответствуют молекулам воды с сильные, слабые и не водородные связи соответственно. При добавлении ZnCl ₂ пики сужаются до высоких частот, что указывает на уменьшение доли сильных водородных связей в растворе ⁴² .Для дальнейшего количественного определения воды в различных H-связанных состояниях, отношения рассчитываются на основе площади подобранных пиков (дополнительный рис. 2). На рис. 2с, сильно связанная водородом вода уменьшается, а несвязанная водородом вода увеличивается с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), что свидетельствует о постепенном разрушении водорода. -связь с концентрацией солей. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) ¹ H также использовался в качестве чувствительного индикатора для дальнейшего изучения сети водородных связей в электролите ^43,44 .Как мы видим, ¹ H химический сдвиг в сильное поле как \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) из-за разрыва H-связей между молекулами воды ( Дополнительный рис. 3). Кроме того, мы смоделировали различные \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролит с помощью молекулярной динамики (МД). Интуитивно понятно, что снимки смоделированной жидкой фазы показывают массивное сокращение водородных связей за счет индуцирования ZnCl ₂ (рис. 2d). В частности, для выявления локальной координации водородных связей молекул воды было исследовано распределение молекул воды с различным числом водородных связей (рис.2д). В чистой воде молекулы воды с 4 H-связями являются доминирующими и составляют воду с тетраэдрически координированной структурой, которая играет решающую роль в зарождении льда. При увеличении \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) количество Н-связей доминирующих молекул воды уменьшается до 2 и даже до 0 при 7,5 и 30 м \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролита соответственно. Таким образом, уменьшение 4 H-связанных молекул воды с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) подавляет зародышеобразование льда, что препятствует замораживанию воды с точки зрения кинетики.

Рис. 2: Структуры электролита, включая водородные связи и ионные взаимодействия.

a O – H валентная вибрация различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов. b Подгоняемое валентное колебание O – H, представляющее молекулы воды с сильными, слабыми и не водородными связями. c Доля воды, сильно связанной водородом, и воды, не связанной водородом. d Снимок МД моделирования воды и 30 м электролита ZnCl ₂ . Красная линия представляет водородные связи. e Доля различных молекул воды, связанных водородом. f Рамановские пики, представляющие конфигурации сольватации Zn ²⁺ . г Подгоняемые пики 7,5 и 30 м ZnCl ₂ электролита. ч Пиковое значение Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2–, ZnCl ⁺ и полиядерный агрегат. i Число водородных связей и энергии электростатического взаимодействия, полученные с помощью МД-моделирования. j Рассчитанные взаимодействия между ионами и водой и энергии образования конфигураций сольватации Zn ²⁺ .

Сольватационные конфигурации Zn ²⁺ в различных электролитах \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) также обнаружены с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния в диапазоне 200–450 см ^{−1 35,45} . Как показано на рис. 2f, чистая вода не показывает пиков в этом диапазоне. Для сравнения, при введении ZnCl ₂ новый пик на 284.0 см ^-1 появляется и продолжает увеличиваться с \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), что соответствует образованию конфигураций сольватации Zn ²⁺ . По мере увеличения концентрации до 30 мкм начальный пик превращается в два пика, что свидетельствует о новом способе координации для Zn ²⁺ . Для более точной идентификации видов мы подобрали пики и взяли 7,5 и 30 м ZnCl ₂ электролит в качестве примеров умеренного и высокого \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролит (рис.2g и дополнительный рис. 4). Для 7,5 м электролита ZnCl ₂ есть три пика, расположенные при 284,9, 311,8 и 405,6 см ⁻¹ , представляющие Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2–, ZnCl ⁺ и Zn (H ₂ O) ₆ ²⁺ соответственно. Для почти насыщенной концентрации 30 м \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), ZnCl ₄ ^2– и многоядерный агрегат Zn – Cl, пики которого расположены на 236.4 и 334,3 см ⁻¹ , заменяет Zn (H ₂ O) ₆ ²⁺ и ZnCl ⁺ . Возникающий полиядерный агрегат Zn – Cl предполагается как расплав / твердое тело ZnCl ₂ ⁴⁵ . Из-за конкуренции между Cl ^— и молекулами воды за позиции, смежные с Zn ²⁺ , среднее количество координирующей воды вокруг Zn ²⁺ сокращается, а безводный ZnCl ₄ ^2– и Полиядерные агрегаты Zn – Cl образуются с возрастанием \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \).Средние координационные числа Zn с O (H ₂ O) и Cl рассчитаны на основе моделирования методом МД, демонстрирующего дегидратацию конфигураций сольватации Zn ²⁺ с помощью \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) возрастает (дополнительный рис. 5). Что еще более важно, значение пика комбинационного рассеяния Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2– и ZnCl ⁺ показано на рис. 2h, а смещение пиков в синий цвет показывает усиление ионных взаимодействий с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) ³⁸ , что также демонстрируется полной потенциальной энергией электростатического взаимодействия между катионами, анионами и молекулами воды при МД-моделировании (рис.2i). Как и водородная связь, усиленные ионные взаимодействия повышают T _t электролита. Неизбежно существует критический \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), способствующий низкому уровню взаимодействия водородных связей и ионов, который может достигать самого низкого T _t и применяться к низким -температурный электролит.

Для выявления механизма разрыва Н-связи и образования сольватационных конфигураций в результате введения ZnCl ₂ , взаимодействия между ионами и водой были проведены с помощью расчета теории функционала плотности (DFT).Преобладает электростатическое взаимодействие, взаимодействие H ₂ O-H ₂ O (рассматриваемое как H-связь) демонстрирует энергию связи –5,1 ккал моль ^-1 . По сравнению с молекулой воды без заряда ионы демонстрируют более сильное электростатическое и индукционное взаимодействие и, следовательно, более высокие энергии связи ³⁷ . Высокая энергия связи –98,5 ккал / моль ^-1 между Zn ²⁺ и H ₂ O наделяет Zn ²⁺ способностью разрывать Н-связи и воссоздает структуру электролита с сольватационными конфигурациями (рис. .2j). Также исследуются конфигурации сольватации Zn ²⁺ , включая Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2–, ZnCl ⁺ , Zn (H ₂ O) ₆ ²⁺ и ZnCl ₄ ^2–. Высокая энергия пласта означает, что они находятся в стабильном и низкоэнергетическом состоянии, что делает их более стабильными и трудными для диссоциации на ионы и воду.

Чтобы продемонстрировать наш принцип дизайна для раствора с низким T _t , характеристики и температура переходов твердое тело-жидкость различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролит исследовали с помощью дифференциального сканирующего калориметра (ДСК), который может конкретно выявить термодинамические изменения, сопровождаемые температурой ^46,47 .На рис. 3а показано изменение температуры различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролита при повышении температуры от –150 до 20 ° C. Обнаружено, что электролит различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) демонстрирует различные переходы твердое тело-жидкость, включая плавление льда, переход стекло-жидкость и растворение солей. Обычно процессы таяния льда и растворения соли демонстрируют острые эндотермические пики, а переход стекло-жидкость проявляется как очевидная ступень, вызванная повышенной теплоемкостью ⁴⁶ .Возникновение стеклования является результатом обильного существования низкоэнергетической структуры, которая приводит к захвату электролита в локальные минимумы энергии ^48,49 . На рисунке 3b четко показано соотношение V-образной формы между основным T _t и \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) и самым низким T _t , равным −114. ° C достигается при критической концентрации 7,5 м3. Ниже 7,5 м в T _t в основном преобладают восстановленные водородные связи. На высоте более 7,5 м T _t увеличивается с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), поскольку T _t этого \ ({\ mathrm { C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) преобладают усиленные ионные взаимодействия.При малых \ ​​({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) 1–5 м процесс нагрева включает два перехода твердое тело-жидкость — второстепенный процесс перехода стекло – жидкость ниже — 100 ° C и основной процесс таяния льда. В диапазоне \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) 7,5–20 м происходит только переход стекло – жидкость. Когда \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) равно 30 м, переходы твердое тело-жидкость включают второстепенный процесс перехода стекло-жидкость ниже –60 ° C и основной процесс растворения соли соответствует острому эндотермическому пику при 1.2 ° С. Конкретные значения T _t приведены в дополнительной таблице 1. Для более интуитивной визуализации этих трех переходов применяется наблюдение in situ с помощью поляризационного микроскопа в соответствии с изотропией и анизотропией электролита в различных состояниях ⁵⁰ (рис. 3c). Граница смеси лед-жидкость наблюдается на оптической фотографии 5-метрового электролита ZnCl ₂ при –100 ° C, демонстрируя, что низкая \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _2} \) электролит во время охлаждения сначала подвергается замерзанию воды, а затем стеклованию оставшегося раствора (чей \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) больше, чем у электролита исходный раствор) при более низкой температуре.В 7,5 м электролите ZnCl ₂ в объеме стекла при –120 ° C имеются осколки с острыми краями и трещинами, вызванные переходом жидкость – стеклование и сопутствующим разрушением хрупкого стекла. С повышением температуры острые края осколков сглаживаются и трещины восстанавливаются, что свидетельствует о превращении электролита из хрупкого стекла в подвижную жидкость. Отсутствие кристаллов при –120 ° C свидетельствует об образовании только стекла ZnCl ₂ -H ₂ O в 7.5 м ZnCl ₂ электролит. При высокой концентрации 30 м ZnCl ₂ электролит показывает осаждение солей во время охлаждения и превращается в две фазы твердого ZnCl ₂ и электролита \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm { ZnCl}} _ 2} \) <30 м, который претерпевает переход жидкость – стекло при более низкой температуре. Фазовый состав раствора ZnCl ₂ при различной температуре и концентрации был определен на основании данных ДСК и поляризационного микроскопа.

Фиг.3: Свойства переходов твердое тело-жидкость и механизм стеклования.

Термодинамическое изменение и переход различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов при низкой температуре. a DSC-тест от -150 до 20 ° C при скорости нагрева 5 ° C мин. ^-1 . b Основной стих T _t \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) и фазовый состав раствора ZnCl ₂ при различной температуре и концентрации. c Наблюдение 5, 7 под поляризационным микроскопом.5 и 30 м ZnCl ₂ электролита примерно при T _t соответственно. Масштабная линейка составляет 200 мкм. d Расчетные профили энергии отделенной фазы ZnCl ₂ и H ₂ O, а также одиночной фазы после растворения ZnCl ₂ в H ₂ O при 100 ~ 300 K. e Расчетный переходное состояние при переходе от стеклянного состояния к отделенному кристаллическому состоянию. f Траектория движения Zn ²⁺ в МД-моделировании при 100 и 300 К.

Чтобы в дальнейшем раскрыть необычный механизм стеклования электролита на основе ZnCl ₂ , мы рассчитали изменение энергии 7,5 м ZnCl ₂ электролита в различных состояниях с опорной точкой энергии ZnCl ₂ (с) и H ₂ O (l) при 300 K. Большой энергетический зазор между ZnCl ₂ (s) + H ₂ O (l) разделенной фазой и ZnCl ₂ -H ₂ O (водн.) фаза обеспечивает легкое растворение ZnCl ₂ при 300 К.Когда температура снижается до 200 К, энергетическая щель резко уменьшается из-за замерзания H ₂ O в отделенной фазе. При дальнейшем понижении температуры энергетический порядок меняется на противоположный, поскольку аморфное стекло является метастабильным ^51,52 и обладает более высокой термодинамической энергией, чем кристаллизованный ZnCl ₂ и лед. Однако переход от стекла к кристаллу должен преодолеть энергетический барьер для фазового разделения, который запрещен из-за ограниченного теплового движения при чрезвычайно низкой температуре (рис.3д, е). При 100 К выбранный Zn ²⁺ оседает и может перемещаться не более 0,5 Å вокруг начала координат, из которых 8,3 Å при 300 К (дополнительный рис. 6). В результате низкотемпературные спектры комбинационного рассеяния демонстрируют, что вода и ионы связаны так же, как и в жидком состоянии, и вряд ли могут образовывать кристаллизованный ZnCl ₂ даже при –150 ° C (дополнительный рис. 7), из которых конфигурация достигает минимума энергии системы. Энергетический барьер и щель при кристаллизации стекла подразумевают, что она происходит при относительно высокой температуре и представляет собой экзотермический процесс, что подтверждается холодной кристаллизацией стекла ZnSO ₄ -H ₂ O при –52 ° C ( Дополнительный рис.8).

Низкотемпературные характеристики электролита и Zn анода

Помимо предотвращения замерзания электролита, электрохимические характеристики LTE также важны для работы LTZB, особенно в отношении высокой ионной проводимости и хорошей совместимости с анодом из Zn. Чтобы оптимизировать и выбрать подходящий ЛТР с превосходной ионной проводимостью при низкой температуре, ионные проводимости различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов (1, 5, 7 .5, 10 и 30 м) и обычный электролит (2 м ZnSO ₄ и 2 м Zn (электролит CF ₃ SO ₃ ) ₂ ) были испытаны в интервале температур –100 ~ + 60 ° C (рис. 4a и дополнительная таблица 2). Из-за затрудненной ионной проводимости полностью замороженного электролита при низкой температуре (дополнительный рисунок 9) 2 м ZnSO ₄ и 2 м Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ электролита демонстрируют быстрое распад ионная проводимость, равная 6.41 × 10 ^–9 и 3.79 × 10 ^–8 мСм см ^–1 при –40 и –60 ° C соответственно. Для сравнения, электролит на основе ZnCl ₂ показывает относительно высокую ионную проводимость при –100 ~ + 60 ° C, за исключением электролита WIS с высокой концентрацией 30 мкм. Несмотря на то, что электролит ZnCl ₂ толщиной 1 и 5 мкм замерзает при –12,6 и –46,0 ° C соответственно, они обладают высокой ионной проводимостью при низкой температуре, что является результатом ионной проводимости, поддерживаемой остающимся концентрированным электролитом ниже их основной T _t .Между тем, наличие твердого льда препятствует ионной проводимости и делает их ионную проводимость на одну десятую меньше, чем у незамерзшего электролита ZnCl ₂ размером 7,5 мкм при –80 ° C. Хотя 10 м электролита ZnCl ₂ имеет низкую T _t ниже –100 ° C, он также показывает более быстрое снижение ионной проводимости, чем электролит 7,5 м ZnCl ₂ . Основываясь на расширенном температурном диапазоне жидкой фазы и относительно низкой концентрации, электролит 7,5 м ZnCl ₂ показывает высокую ионную проводимость, равную 1.79 мСм см ^–1 при –60 ° C и 0,02 мСм см ^–1 даже при –100 ° C.

Рис. 4: Электрохимические характеристики LTE и анода из цинка.

a Ионная проводимость различных электролитов в диапазоне температур от –100 до + 60 ° C. b Энергии активации ионной проводимости в различных электролитах при нормальной и низкотемпературной стадиях. c ЦВА асимметричной ячейки Zn || Cu при –70 ° C. d Профили напряжения покрытия / снятия цинка в асимметричной ячейке Zn || Cu при –70 ° C. e Циклические характеристики симметричной Zn || Zn ячейки при –70 ° C.

Чтобы точно выявить эволюцию ионной проводимости с температурой, энергии активации ионной проводимости в электролите были рассчитаны на основе уравнения Аррениуса ³ . Как показано на рис. 4b, существует две стадии, включая стадию нормальной температуры и стадию низкой температуры, в которых показаны разные энергии активации. Конкретный температурный диапазон и энергия активации для различных электролитов указаны в дополнительной таблице 3.Из-за экспоненциальной зависимости между энергией активации и ионной проводимостью более низкая энергия активации при ионной проводимости подразумевает более высокую температурную независимость электролита, что повышает его низкотемпературные характеристики. Энергия активации на стадии I ясно показывает, что более высокая концентрация электролита ZnCl ₂ вызывает более высокую энергию активации. Однако на стадии II 7,5 м электролита ZnCl ₂ демонстрирует самую низкую энергию активации 0,374 эВ, обусловленную его незамерзающим свойством при температуре выше –100 ° C, что приводит к самой высокой низкотемпературной ионной проводимости среди вышеуказанных электролитов.Несмотря на то, что 10 м электролита ZnCl ₂ размораживается в этом диапазоне температур, более высокая концентрация приводит к более высокой энергии активации (0,536 эВ), вызывая относительно низкую ионную проводимость. Частично замороженные электролиты ZnCl ₂ размером 1 и 5 мкм также показывают большую энергию активации на стадии II, чем незамерзший электролит ZnCl ₂ размером 7,5 мкм. Полностью замороженный электролит ZnSO ₄ и Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ демонстрирует наивысшую энергию активации 3.067 и 3.641 эВ на стадии II соответственно. Таким образом, для ЛТР требуются незамерзшие свойства и относительно низкая концентрация. Философия конструкции LTE может быть заключена как использование электролита с самой низкой концентрацией с предпосылкой поддержания жидкого состояния при сверхнизкой температуре, которое обладает низкой энергией активации и высокой ионной проводимостью. В результате мы выбрали 7,5 м электролита ZnCl ₂ в качестве ЛТР для дальнейшего исследования его электрохимических характеристик.

Асимметричные и симметричные Zn-батареи были собраны с целью исследования Zn-совместимости LTE.Кривая циклической вольтамперометрии (CV) асимметричных Zn || Cu-батарей показывает обратимую окислительно-восстановительную реакцию покрытия / снятия цинка (рис. 4c и дополнительный рис. 10), а также высокая плотность тока 1,8 мА · см ⁻² может быть достигается при –70 ° C. Для точной количественной оценки обратимости цинкования / удаления цинка в LTE, кулоновская эффективность (CE) асимметричных Zn || Cu батарей была протестирована в общих подходах ^53,54 . Высокий средний CE 97,93 и 99,52% достигается при 25 и –70 ° C, соответственно, и достигается долговременное покрытие / удаление цинка (рис.4d и дополнительный рис. 11). Высокая обратимость может быть приписана более высокой сольватационной структуре Zn ²⁺ и меньшему количеству свободного растворителя, вызванному электролитом с более высокой концентрацией ^35,36 (дополнительный рис. 12). Кроме того, были испытаны симметричные ячейки Zn || Zn на основе 2 м ZnSO ₄ , Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ электролита и ЛТР (дополнительный рис. 13). Батареи с 2 м электролитом ZnSO ₄ и Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ демонстрируют резко повышенное перенапряжение и выход из строя батареи из-за полностью замороженного электролита.Несмотря на то, что симметричная батарея, использующая LTE, демонстрирует повышенное перенапряжение из-за пониженной ионной проводимости и медленной кинетики осаждения / удаления цинка при низкой температуре, она продолжает работать при –90 ° C, демонстрирует высокую температурную стабильность и выдерживает циклические нагрузки при –70 ° C в течение 450 h (рис. 4д). Высокая ионная проводимость, хорошая совместимость с Zn и широкое электрохимическое окно (дополнительный рис. 14) ЛТР демонстрируют его применимость в сверхшироком диапазоне температур от –100 до + 60 ° C.

Батареи с органическим катодом LTE и PANI

Плотность энергии полных батарей в основном зависит от электрохимических характеристик материалов катода.Однако Zn ²⁺ с высоким зарядом демонстрирует медленную кинетику внедрения для неорганических материалов ^55,56 , что приводит к быстрому снижению емкости при низкой температуре. В последнее время внимание уделяется органическим материалам для низкотемпературных аккумуляторов из-за того, что аккумуляторы заряда расположены в основном на поверхностных группах, и высокая емкость не зависит от температуры ^26,57,58 . Поэтому, опираясь на окислительно-восстановительный механизм трансформации структуры бензол / хинон и соответствующую компенсацию ионов, для построения LTZB был выбран ПАНИ.Конфигурации и окислительно-восстановительный механизм PANI | LTE | Zn показаны на рис. 5а.

Рис. 5: Механизм накопления энергии и характеристики аккумуляторов PANI | LTE | Zn.

a Конфигурации и окислительно-восстановительный механизм аккумуляторов PANI | LTE | Zn. b Кривые разряд-заряд аккумуляторов PANI | LTE | Zn в диапазоне температур –90 ~ + 60 ° C. c Сравнение аккумуляторов с обычным электролитом и LTE в различных температурных характеристиках. d Циклические характеристики при –70 ° C и 0.2 A g ^–1 . e Схема собранной ячейки пакета и светодиодами двух последовательно намотанных ячеек при –70 ° C. f Разрядно-зарядные кривые пакетного элемента PANI | LTE | Zn при 20, –20 и –70 ° C.

Структура полученного ПАНИ была охарактеризована спектроскопией комбинационного рассеяния ^59,60,61 (дополнительный рис. 15). Чтобы продемонстрировать механизм трансформации структуры бензол / хинон и его соответствие температуре, для аккумуляторов PANI | LTE | Zn применяется спектроскопия комбинационного рассеяния in situ при 20, –70 и –90 ° C.Обратимое изменение сигнала хинон / бензол катода PANI во время окислительно-восстановительного процесса при –70 ° C, что соответствует таковому при 20 ° C и чрезвычайно низкой температуре –90 ° C (дополнительное примечание 2 и рис. 16), демонстрирует высокая окислительно-восстановительная обратимость и хладостойкость катода ПАНИ. При преобразовании внутренней структуры катод поддерживает баланс заряда за счет адсорбции / десорбции ионов, что подтверждается рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией и электрохимическим микровесом кристалла кварца in situ (дополнительные рис.17–18). В частности, механизм компенсации ионов во время разряда выражается как десорбция Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2– и гибридная адсорбция H ⁺ / ZnCl ⁺ (дополнительное примечание 3), рендеринг накопитель энергии псевдоемкости в батареях PANI | LTE | Zn, что подтверждается циклической вольтамперометрией (дополнительный рис. 19). Несмотря на то, что катод PANI имеет один и тот же окислительно-восстановительный механизм при нормальной и низкой температуре, медленная кинетика массопереноса при низкой температуре приводит к ослабленным окислительно-восстановительным пикам и повышенной электрохимической поляризации.

На рисунке 5b показаны кривые заряда-разряда батарей PANI | LTE | Zn в диапазоне от 90 до +60 ° C, что соответствует зарегистрированной температуре поверхности земли от -89,2 ° C (Долина Смерти, Калифорния, США, 1913 г.) до 56,7 ° C (станция Восток, Антарктида, 1983), и несколько батарей могут работать в таком жестком температурном диапазоне (дополнительный рис. 20). При высокой плотности тока 1 А г ⁻¹ емкости быстро убывают, а кривые заряда-разряда становятся почти треугольными из-за уменьшения ионного переноса ЛТР и увеличения электрохимической поляризации.Когда ток снижается до 20 мА г ^-1 , емкость восстанавливается до 106,2 мА ч г ^-1 при –70 ° C. Подробные рабочие характеристики при –70 ° C показаны на дополнительном рисунке 21. Даже если температура упадет до –90 ° C, батареи PANI | LTE | Zn все еще будут работать и будут иметь емкость 20,4 и 50,6 мА ч г ^{— 1} при 20 и 10 мА g ⁻¹ соответственно. Для сравнения, аккумуляторы PANI || Zn с 2 м ZnCl ₂ , ZnSO ₄ и Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ тормозятся пониженной рабочей температурой (рис.5в). Отказ батареи происходит последовательно при –25 ° C для электролита ZnSO ₄ и –50 ° C для электролита Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ , что согласуется с испытанием симметричного элемента Zn. Аккумулятор на основе 2 м электролита ZnCl ₂ показывает относительно высокую емкость, поскольку электролит включает две фазы при –50 ° C: твердый лед и раствор ZnCl ₂ (\ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \)> 2 m, концентрация которого поддерживает жидкость при этой температуре), а жидкий раствор ZnCl ₂ поддерживает работу батареи.Однако из-за того, что твердый лед препятствует ионной проводимости, аккумулятор сохраняет низкую емкость (44,2%), что свидетельствует о необходимости незамерзшего электролита для LTZB. Аккумулятор, в котором используется незамерзший LTE, демонстрирует превосходную устойчивость к низким температурам и сохраняет высокую емкость 64,7% при –50 ° C. Циклические характеристики батарей PANI | LTE | Zn при –70 ° C показаны на рис. 5d, а длительные циклы (~ 2000) достигаются с сохранением емкости ~ 100% при 0,2 A g ^-1 . Кроме того, ячейка мешочка 1.15 А ч изготавливается с многослойным электродом, уложенным в стопку. На рис. 5e две последовательно соединенные ячейки могут питать светодиоды при –70 ° C. Ячейка-пакет PANI | LTE | Zn на 1,15 А ч может сохранять высокую емкость 0,50 А ч при –70 ° C (сохранение емкости 43,4%, рис. 5f). Эта карманная ячейка на основе LTE обладает устойчивостью к низким температурам, а плотность энергии карманной ячейки оценивается в 97,9 и 42,6 Вт · ч кг ^-1 при комнатной температуре и –70 ° C соответственно в зависимости от массы активных материалов. (Плотность энергии 38.9 и 16,9 Вт · ч кг ^-1 при комнатной температуре и –70 ° C достигаются на основе общей массы элемента, дополнительная таблица 4). Чтобы расширить область применения LTE, кроме того, были исследованы батареи, связанные с общим неорганическим катодом V ₂ O ₅ · 1,6 H ₂ O и LTE. Хотя низкотемпературное сохранение емкости батарей V ₂ O ₅ · 1,6 H ₂ O | LTE | Zn (45,9% при –50 ° C) не может сравниться с батареями PANI | LTE | Zn , он показывает более высокое удержание емкости (68.6% при –25 ° C), чем при использовании 2 м ZnCl ₂ , Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ и ZnSO ₄ электролита (62,8, 12,7 и 0,4% при –25 ° C соответственно, дополнительный рис. 22). В результате превосходные низкотемпературные электрохимические характеристики аккумуляторов PANI | LTE | Zn, V ₂ O ₅ · 1,6 H ₂ O | LTE | Zn и карманного элемента демонстрируют высокую универсальность LTE и возможность удовлетворить потребность в крупномасштабном применении в экстремально холодных условиях.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

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

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

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

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

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

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

---

Что сохраняется в файле cookie?

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

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

Различные типы батарей ИБП

В источниках бесперебойного питания используются три основных типа батарей: никель-кадмиевые , свинцово-кислотные и литий-ионные . Не существует единственной «лучшей» аккумуляторной технологии ИБП — выбор следует делать в каждом конкретном случае.

Свинцово-кислотные батареи ИБП

Свинцово-кислотные аккумуляторы

зарекомендовали себя как надежные при использовании в системах бесперебойного питания.В приложениях с большой мощностью, где вес не является решающим фактором, они представляют собой наиболее экономичный выбор.

Эта экономическая эффективность сочетается с другими характеристиками, такими как низкий внутренний импеданс и высокая устойчивость.

Свинцово-кислотные батареи

бывают двух разных типов:

Также известный как герметичный свинцово-кислотный (SLA), это наиболее распространенный тип, встречающийся в современных системах ИБП. Обычно они имеют расчетный срок службы 5 или 10 лет и лучше всего хранить в сухом помещении с контролируемым климатом при температуре 20-25 ° C.

Батареи

VRLA запечатаны внутри корпуса с клапаном, который выпускает газ, если внутреннее давление становится слишком большим, отсюда и термин «регулируемый клапаном».

Поскольку они герметичны, их можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально, поэтому они подходят для использования в аккумуляторных отсеках, лотках для монтажа в стойку или внешних шкафах. Кроме того, они не нуждаются в каком-либо прямом обслуживании, например, в регулярном доливе воды.

Существует два основных типа состава электролита, используемого в батареях ИБП VRLA: Абсорбированный стеклянный мат (AGM), где электролит удерживается в сепараторе из пористого микроволоконного стекла; и гель, который сделан из смеси серной кислоты и кремнезема.

Технология

AGM является нормой для батарей ИБП из-за ее более низкой стоимости, более низкого внутреннего сопротивления и более высокой скорости заряда / разряда.

Для сравнения: VRLA с гелевым наполнением имеет более высокое внутреннее сопротивление, что делает его менее подходящим для высокоскоростной разрядки, характерной для ИБП. Он предлагает преимущества с точки зрения более широкого диапазона рабочих температур (от -40 ° C до + 55 ° C) и увеличенного срока службы.

Эти батареи, также известные как «затопленные», имеют пластины, залитые электролитной кислотой.Они имеют длительный расчетный срок службы (до 20 лет) и обычно используются в крупных установках, требующих высокого номинала в ампер-часах (Ач).

Поскольку они не герметичны, любой образующийся водород улетучивается непосредственно в окружающую среду. Это означает, что установки, использующие батареи VLA, требуют более мощных систем вентиляции и могут представлять большую угрозу безопасности.

Чтобы избежать этих рисков, батареи VLA должны быть размещены в специальном помещении с оборудованием для смыва на случай утечки кислоты.Поскольку они вентилируются сверху, их также необходимо держать в вертикальном положении, при этом уровень воды доливается вручную.

Их нельзя использовать в шкафах или стойках, а это значит, что они не подходят для офисных помещений или центров обработки данных. Батареи VLA также дороже, чем альтернатива VRLA.

Никель-кадмиевые батареи ИБП

Никель-кадмиевые (NiCd) батареи

раньше были популярным вариантом для телекоммуникационных установок, но до сих пор используются для ИБП в местах с очень высокими температурами окружающей среды, особенно на Ближнем Востоке.

Электроды батареи состоят из гидроксида никеля на положительной пластине и гидроксида кадмия на отрицательной пластине.

Никель-кадмиевые батареи

обладают такими преимуществами, как 20-летний расчетный срок службы, способность работать в широком диапазоне температур окружающей среды (от -20 ° C до + 40 ° C), длительный срок службы и устойчивость к глубоким разрядам.

С другой стороны, никель-кадмиевые батареи для ИБП намного дороже, чем более традиционные батареи VRLA. А поскольку никель и кадмий являются токсичными материалами, это делает процессы утилизации и переработки в конце срока службы непомерно дорогими.

Это особенно верно в странах со строгой экологической политикой и правилами, например в Великобритании.

Литий-ионные батареи ИБП

Литий-ионные (Li-Ion) батареи

уже давно используются в электронных устройствах, таких как ноутбуки и смартфоны, а теперь они являются ключевыми элементами в развитии электромобилей. Но в последнее время они становятся все более жизнеспособным вариантом для источников бесперебойного питания и других систем хранения энергии, таких как использование энергии от технологий возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце.

Преимущества Li-Ion включают более высокую надежность, чем традиционные батареи VRLA / SLA, благодаря встроенным системам мониторинга и управления батареями, которые проверяют каждую отдельную ячейку на предмет любых изменений в производительности.

Еще одним преимуществом литий-ионных батарей для ИБП является то, что они значительно меньше и легче из-за более высокой плотности мощности. У них также более быстрое время зарядки, более длительные циклы и как минимум вдвое больший срок службы по сравнению с VRLA / SLA.

Несмотря на то, что стоимость литий-ионных аккумуляторов ИБП за последние годы снизилась, это все еще намного более дорогой первоначальный выбор, чем другие варианты.

Однако более длительный срок службы компенсирует более высокие первоначальные капитальные затраты. Литий-ионные аккумуляторы выделяют меньше тепла и могут работать при более высоких температурах, а это означает, что им не требуется столько кондиционирования воздуха, что может снизить затраты на охлаждение.

Некоторые ИБП Riello поддерживают совместимость с литий-ионными аккумуляторами, включая Multi Power и NextEnergy.

Дополнительная литература:

Учебное пособие по альтернативным источникам энергии

Топливные элементы имеют те же основные компоненты, что и батареи: анод, катод и электролит. Оксид циркония, стабилизированный иттрием (артикул № 572349 и 572322), является одним из наиболее часто используемых электролитов в твердооксидных топливных элементах. ⁵ Церий, легированный лантаноидами (артикул № 572330, 572357, 572365 или 572381), также становится все более популярным в качестве электролита топливных элементов благодаря своим улучшенным свойствам при более низких температурах. ⁸ Кроме того, электролиты из легированного оксида церия обладают ионной проводимостью в три-пять раз большей, чем у диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Платиновая сажа (Арт. № 205915) и сплавы на основе платины являются наиболее распространенными электродами для топливных элементов. Недавняя работа Шерера и его сотрудников позволила разработать хорошую модель для изучения влияния площади поверхности платиновых электродов, а также электродов из стеклоуглерода (товарный номер 484164). ⁹

Катализаторы для топливных элементов

Платина является наиболее распространенным катализатором для топливных элементов, однако из-за своей высокой стоимости она часто легируется палладием, рутением, комплексами кобальта с азотом или, в последнее время, иридием или осмием.Помимо высокой стоимости, платина также встречается довольно редко. Фактически, в мире недостаточно платины, чтобы оборудовать каждое используемое сегодня транспортное средство традиционным (Pt-катализатором) топливным элементом с протонообменной мембраной (PEM). По этой причине разрабатываются новые катализаторы, катализаторы на основе легированной платины и новые методы осаждения платины для уменьшения количества платины, необходимой для катализаторов топливных элементов.

Проводящие полимеры

Открытие более двадцати пяти лет назад относительно высокой электропроводности (~ 10 + 3 См / см) легированного полиацетилена ¹⁰ вызвало обширные исследования в области применения сопряженных полимеров в таких различных областях, как электроника, накопление энергии, катализ, химическая промышленность. зондирование, биохимия и контроль коррозии. ^11,12 К сожалению, проводящие полимеры оказались нестабильными на воздухе и их трудно перерабатывать. Значительный прогресс в улучшении желаемых электрических, оптических и механических свойств при одновременном повышении технологичности и стабильности был достигнут благодаря междисциплинарному сотрудничеству между химиками, физиками, материаловедами и инженерами.

Полианилин становится предпочтительным проводящим полимером во многих областях применения по нескольким причинам: его электронные свойства легко настраиваются, он демонстрирует превосходную химическую стабильность и является наименее дорогим из проводящих полимеров.

Политиофены были тщательно изучены для использования в светодиодах, среди прочего, из-за химической изменчивости, обеспечиваемой замещением в 3- и 4-положениях. Регулярность включения боковой цепи сильно влияет на электронную запрещенную зону сопряженной основной цепи и имеет решающее значение для производительности устройства. ¹³ Мы предлагаем алкилзамещенные политиофены с высокой степенью контроля за регионом (P3HT): почти полностью региорегулярные соединения голова к хвосту (HT) P3HT (Prod.№ 698997 и 698989) и регио-случайным (1: 1 HT / HH) P3HT (изд. № 510823). ¹⁴

Неорганические вещества высокой чистоты

Мы поддерживаем самые высокие стандарты контроля качества и обеспечения качества. Наши высокочистые материалы подвергаются тщательному анализу с помощью различных методов, включая анализ следов металлов методом ICP, который может обнаруживать примеси на порядок ниже уровней ppm. Топливные элементы и батареи часто требуют компонентов высокой чистоты. Например, электролиты в низкотемпературных аккумуляторных батареях могут быть из алкилкарбонатов и солей лития высокой чистоты, таких как LiPF ₆ (Prod.№ 450227) и LiAsF ₆ (арт. № 308315). ¹⁵

Неорганические вещества высокой чистоты также находят широкое промышленное применение. Более 60% кадмия, используемого в промышленности, содержится в никель-кадмиевых батареях, из которых 75% содержится в сотовых телефонах. Большая часть оставшейся части также используется в телекоммуникационной отрасли в качестве материалов для аварийных источников питания для электронных телефонных станций.

Жидкие электролиты

Тип электролита, используемого для топливного элемента, зависит от выбора топливного элемента (см. Таблицу 2).Ключевая роль электролита заключается в создании среды, через которую ионы могут перемещаться между анодом и катодом. Электролиты также могут действовать как своего рода фильтр, не позволяя нежелательным ионам или электронам нарушать желаемые химические реакции.

Пластификаторы и связующие

Использование пластификаторов в коммерческих полимерных рецептурах для снижения T _g и внутренней вязкости, а также для увеличения объемной гибкости является общепринятой практикой во множестве промышленных применений.Фактически, «запах нового автомобиля», которым пользуются многие автовладельцы, в основном возникает из-за испарения фталатного пластификатора в закрытом салоне автомобиля и фактически свидетельствует об ухудшении качества виниловой обивки. Для повышения стойкости пластификатора в интерьере современных автомобилей обычно используются фталаты с более высокой молекулярной массой. При выборе пластификатора учитывается ряд критериев, включая стоимость, совместимость, стабильность, простоту обработки и стойкость. В дополнение к вышеупомянутым применениям, за последние два десятилетия появилось все больше исследований по применению пластифицированных полимеров в областях, которые связаны со свойствами, обычно не связанными с полимерами.Например, введение олигомерных полиэтиленгликолей (ПЭГ) и производных в качестве пластификаторов для значительного увеличения ионной проводимости в качестве твердых полимерных электролитов (ТПЭ) для использования в аккумуляторах с высокой плотностью энергии и других твердотельных электрохимических устройствах. . ^16-18

В качестве разделительных материалов используются мембраны из триацетата целлюлозы, пластифицированные 2-нитрофенилоктиловым эфиром (артикул № 365130). Они непроницаемы для катионов металлов, но допускают анионный обмен ¹⁹ , а также чрезвычайно проницаемы для нейтральных, моно- и дисахаридов. ²⁰ Высокоэффективные фоторефрактивные полимерные композиты могут быть сформированы с использованием 9-этилкарбазола (товарный номер E16600) (ECZ) в качестве пластификатора в полимерах «гость-хозяин». ²¹

Твердые полимерные электролиты

Лаборатория реактивного движения НАСА в настоящее время исследует SPE, образующиеся в результате реакции солей лития (например, LiClO ₄ , LiPF ₄ и LiCF ₃ SO ₃ ) с цианопролитами для аккумуляторных батарей и электрохимических ячеек.В частности, SPE будут использоваться в качестве разделителей между анодами из углеродного композитного материала и катодами. Было предложено, чтобы эти батареи имели плотность энергии 80 Вт · ч · фунт ^-1 и были пригодны для 1000 циклов перезарядки. Полиакрилонитрил (артикул 181315), поливинилпирролидон (артикул 234257 и 856568) и полиэтилен (артикул 427772) имеют диэлектрическую проницаемость от 4 до 5 и литий-ионную проводимость от 10 ^-6 до 10 ^-5. См · см ^-1 .К сожалению, эти значения проводимости при комнатной температуре слишком малы для эффективного производства электроэнергии. ТФЭ, образованные из аморфных цианосмол, таких как цианоэтилполивиниловый спирт (CRV), цианоэтилпуллулан (CRS) и цианоэтилсахароза (CRU), имеют диэлектрическую проницаемость до 20 или более и литий-ионную проводимость в 100 раз больше, чем у обычных SPE. ¹⁵

Мы также предлагаем полную линейку смол Nafion ^® . Смолы Nafion ^® представляют собой перфторированные ионообменные материалы, состоящие из углеродных цепей основной цепи фтора и боковых цепей перфтора, содержащих группы сульфоновой кислоты.Твердополимерные топливные элементы для импульсной подачи энергии основаны на твердых полимерных электролитах Nafion ^® . ²²

Что нужно знать об аккумуляторах для автофургона

RV Advice

Чтобы правильно обслуживать и продлевать срок службы батарей вашего жилого дома, вам необходимо иметь общее представление о том, что такое батарея и как она работает. Батареи, используемые в жилых автофургонах, представляют собой свинцово-кислотные батареи, что означает, что они имеют несколько последовательно соединенных элементов.Каждая ячейка вырабатывает примерно 2,1 вольт, поэтому 12-вольтовая батарея с шестью последовательно соединенными ячейками дает выходное напряжение 12,6 вольт. Свинцово-кислотные батареи состоят из пластин свинца и оксида свинца, погруженных в электролит, который на 36 процентов состоит из серной кислоты и на 64 процента из воды. Свинцово-кислотные батареи не производят электричество, они накапливают электричество. Размер свинцовых пластин и количество электролита определяют количество заряда, которое может хранить аккумулятор.

Теперь очень важно, чтобы вы использовали батарею, подходящую для вашего типа приложения.Батарея, используемая для запуска и работы двигателя, называется аккумуляторной батареей шасси или пусковой батареей. Стартеры автомобилей требуют больших пусковых токов на короткие периоды. Пусковые батареи имеют большое количество тонких пластин, чтобы максимально увеличить площадь пластин, контактирующих с электролитом. Это то, что обеспечивает большой ток короткими импульсами. Пусковые батареи рассчитаны на ток холодного пуска (CCA). CCA — это количество ампер, которое батарея может выдавать при 0 градусах по Фаренгейту в течение 30 секунд и не опускаться ниже 7.2 вольта. Пусковые батареи не должны использоваться для приложений с глубоким циклом.

Батарея или батареи, используемые для подачи 12 В на сам жилой домик, обычно называются домашними батареями. Домашние батареи должны быть батареями глубокого разряда, которые предназначены для обеспечения постоянного тока в течение длительного периода. Пусковые батареи и морские батареи не должны использоваться в этом приложении. Истинные аккумуляторы глубокого разряда имеют гораздо более толстые пластины и предназначены для многократной глубокой разрядки и перезарядки.Эти батареи измеряются в ампер-часах (AH), а с недавних пор — в резервной емкости (RC).

Номинальный ток в ампер-часах — это, по сути, количество ампер, которое батарея может выдать за сколько часов до того, как батарея разрядится. Ампер на часы. Другими словами, батарея, которая может выдавать 5 ампер в течение 20 часов, прежде чем она разрядится, будет иметь номинальную мощность 100 ампер-часов 5 ампер X 20 часов = 100 ампер-часов. Эта же батарея может обеспечить 20 ампер в течение 5 часов 20 ампер х 5 часов = 100 ампер-часов. Рейтинг резервной емкости (RC) — это количество минут при температуре 80 градусов по Фаренгейту, в течение которых батарея может выдавать 25 ампер до тех пор, пока она не упадет ниже 10.5 вольт. Чтобы вычислить рейтинг ампер-часов, вы можете умножить рейтинг RC на 60 процентов. RC X 60 процентов

Два основных типа конструкции аккумуляторов глубокого цикла — это свинцово-кислотные аккумуляторы с затопленной водой и свинцово-кислотные с регулируемым клапаном. Залитые свинцово-кислотные батареи являются наиболее распространенным типом и бывают двух типов. Возможность обслуживания со съемными крышками, чтобы вы могли осматривать и выполнять техническое обслуживание или не требующий технического обслуживания тип. В батареях VRLA электролит взвешен либо в геле, либо в стекловолоконном мате. В гелевых батареях используется аккумуляторная кислота в виде геля.Они герметичны и поэтому хорошо подходят для морских применений.

У гелевых батарей для жилых автофургонов есть несколько недостатков. Что наиболее важно, они должны заряжаться медленнее и с меньшим напряжением, чем батареи с заливными элементами. Любая перезарядка может привести к необратимому повреждению элементов. Абсорбированный стеклянный мат, или технология AGM, использует волокнистый мат между пластинами, который на 90 процентов пропитан электролитом. Они дороже стандартных батарей глубокого разряда, но у них есть некоторые преимущества.Их можно заряжать так же, как и стандартные свинцово-кислотные аккумуляторы, они не теряют воду, не протекают, практически не требуют обслуживания и их практически невозможно заморозить.

Срок службы аккумуляторных батарей для жилых автофургонов зависит от вас. То, как они используются, насколько хорошо они обслуживаются, как они разряжаются, как они перезаряжаются и как хранятся, — все это способствует продлению срока службы батарей. Цикл батареи — это одна полная разрядка со 100 процентов до примерно 50 процентов, а затем повторная зарядка до 100 процентов.Одним из важных факторов, влияющих на срок службы батареи, является то, насколько глубоко батарея разряжается каждый раз. Если батарея разряжается до 50 процентов каждый день, она прослужит в два раза дольше, чем если бы она была циклически заряжена до 80 процентов. Помните об этом, принимая во внимание мощность аккумулятора в ампер-часах. Номинал в ампер-часах действительно сокращен вдвое, потому что вы не хотите полностью разряжать аккумулятор перед его зарядкой. Ожидаемый срок службы батареи зависит от того, как быстро разряженная батарея будет заряжена. Чем раньше он будет заряжен, тем лучше.

Что все это значит для вас? Это зависит от того, как вы используете свой дом на колесах. Если большая часть вашего кемпинга проводится там, где вы подключены к источнику электроэнергии, то ваша главная забота — просто правильно обслуживать батареи глубокого разряда. Но если вам действительно нравится уйти от всего этого и вы занимаетесь серьезным сухим кемпингом, вам понадобится максимальная мощность в ампер-часах, которую вы можете уместить на своем доме на колесах.

Батареи глубокого разряда бывают разных размеров. Некоторые из них обозначены размером группы, например, группы 24, 27 и 31.По сути, чем больше батарея, тем больше ампер-часов вы получаете. В зависимости от ваших потребностей и доступного пространства есть несколько вариантов батарей.

Вы можете использовать одну 12-вольтную 24-групповую батарею глубокого разряда, обеспечивающую от 70 до 85 Ач.

Вы можете использовать две 12-вольтовые 24 групповые батареи, соединенные параллельно, что обеспечивает мощность от 140 до 170 Ач. Параллельная проводка увеличивает ампер-часы, но не увеличивает напряжение.

Если у вас есть место, вы можете сделать то же, что и многие автомобилисты, и переключиться со стандартных 12-вольтовых батарей на две из более крупных 6-вольтовых батарей для гольф-каров.Эти пары 6-вольтовых батарей необходимо соединить последовательно, чтобы получить необходимые 12 вольт, и они обеспечат от 180 до 220 Ач. Последовательное подключение увеличивает напряжение, но не ампер-часы.

Если это все еще не удовлетворяет вашим требованиям, вы можете построить более крупные аккумуляторные батареи, используя четыре 6-вольтовые батареи, соединенные последовательно / параллельно, что даст вам 12-вольт и удвоит емкость AH.

Двумя наиболее частыми причинами выхода из строя батареи RV являются недозаряд и перезаряд. Недозаряд — это результат многократной разрядки аккумуляторов и неполной зарядки между циклами.Если аккумулятор не заряжается, сульфатный материал, который прикрепляется к разряженным частям пластин, начинает затвердевать в кристаллы. Со временем этот сульфат не может быть превращен обратно в материал активной пластины, и аккумулятор разрушается. Это также происходит, когда аккумулятор остается разряженным в течение длительного периода времени. Сульфатирование — причина номер один выхода из строя аккумуляторной батареи. Вторая ведущая причина выхода из строя аккумуляторной батареи — это перезарядка. Перезарядка аккумуляторов приводит к сильной потере воды и коррозии пластин.