Сурьмянистые акб: Сурьмянистые акб, Sb-Sb

Кальциевая, сурьмянистая, гибридная — разбираемся в технологиях производства АКБ

Существует несколько технологий, по которым производят аккумуляторные батареи, но зачем нам, рядовым пользователям, знать об этом? Чтобы не сесть в лужу, забыв вовремя зарядить свинцово-кислотный аккумулятор или намертво разрядив кальциевый.

1. Сурьмянистая технология

   Старая-добрая классика. Название метода ненавязчиво намекает на то, что в батарее используется сурьма в составе свинца. Вроде бы это помогло укрепить аккумуляторы в автомобилях: теперь свинец хотя бы не вываливается из электродов при малейшей вибрации. Но, как водится, вместе с плюсами пришли и минусы.

   • Первое и главное — с сурьмянистыми аккумуляторами придется носиться, как с писаной торбой: вода испаряется, нужно постоянно контролировать уровень электролита и доливать дистиллят по необходимости. Как бонус — батарея вечно невовремя разряжается.
   • Из предыдущего минуса плавно вытекает еще один: сурьмянистые АКБ нельзя хранить без подзарядки больше месяца.
   • Соединение сурьмы и свинца заставляет воду распадаться на водород и кислород (процесс называется электролизом) при низком напряжении и электродвижущей силе. Ежу понятно, что когда выделяется кислород, положительные пластины окисляются. Окислившиеся пластины — прямой путь батареи на свалку. Поскольку окисление у сурьмянистых батарей происходит в разы быстрее, чем у других, итог немного предсказуем.


2. Малосурьмянистая технология.

   Поняв, что сурьмянистая технология получилась с небольшой оказией, специалисты в области производства аккумуляторов принялись за разработку нового метода. Решением стала технология с меньшим количеством сурьмы в свинце — всего 2 процента. Это помогло: аккумуляторы стали дольше храниться и держать заряд.



3. Кальциевая технология.

   Этот метод производства АКБ стал настоящим прорывом: мало того, что он удешевил сам продукт, так еще и убрал необходимость доливать в батарею дистиллят. Дело в том, что кальций вместо сурьмы в составе свинца не допускает электролиза и всех вытекающих процессов. Что характерно, изготовленную по этой технологии аккумуляторную батарею можно смело на год оставить в гараже, и по истечении этого срока она не станет хуже — дополнительного обслуживания не требуется, а все свойства сохраняются. 

   А теперь к минусам. Во-первых, глубокий разряд для кальциевой АКБ подобен смерти. Во-вторых, из-за того, что в батарее меньше свинца, она недолговечна, а ее пластины быстро изнашиваются. Производители обещают, что батарея прослужит 4–5 лет, но обычно по факту срок ее работы не больше 3 лет.



4. Гибридная технология.

   После всех проблем с сурьмянистыми и кальциевыми батареями немецкие инженеры напряглись и разработали гибридную технологию. В чем ее суть: положительные пластины — малосурьмянистые, решетка пластины отливается, поэтому она вдвое толще кальциевой, а значит, «подушка» свинца в них тоже толще. Как следствие — увеличенный срок службы батареи. Ей нипочем разряды, в нее не нужно доливать дистиллированную воду, в общем, сплошные плюсы.



5. Технология AGM.

   Технология AGM — детище инженеров Gates Rubber Company. В отличие от обычных батарей, в изготовленных по этой технологии электролит абсорбированный, а не жидкий. Конструкция такой АКБ не требует обслуживания, защищена от коррозии клемм и утечки кислоты, а также позволяет установить батарею в любом положении. Аккумулятор стойко переносит невзгоды в виде низких температур и повышенной вибрации.



6. Технология EFB.

   Благодаря этому методу аккумуляторные батареи получили толстые пластины в пленке из микроволокна, повышенную зарядную емкость и большее количество циклов заряд-разряда.

   Вибраций и наклонов они не боятся, равно как и низкой температуры. Еще одно весомое преимущество — более низкая цена по сравнению с теми же AGM-аккумуляторами.

Мы не отдаем предпочтение какой-то конкретной технологии, поэтому в нашем каталоге представлены аккумуляторы, произведенные по разным методам. Выбирайте понравившийся и приезжайте за ним! Кстати, если у вас есть старая ненужная АКБ, захватите ее с собой: дадим скидку на новую, вот здесь можно ознакомиться с ценами на отработавшие аккумуляторные батареи.

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея — химический источник электрического тока, состоящий из объединения (батареи) нескольких отдельных элементов питания. Использование нескольких элементов вместо одного позволяет получить большее напряжение или большую силу тока, в зависимости от способа подключения — последовательного или параллельного.

Существует несколько типов аккумуляторов, отличающихся материалом электродов и электролита. Многие слышали и знают, например, что есть всевозможные никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные, свинцово-кислотные аккумуляторы.

Из всего разнообразия в автомобилях в качестве стартерных используются только свинцовые. Это обусловлено тем, что аккумуляторы этого типа обладают максимальной, по сравнению с другими, энергоемкостью и способностью за короткий момент времени отдавать большой ток. При этом приходится мириться с тем, что как кислота, так и свинец — очень вредные вещества. Корпуса всех свинцовых аккумуляторов делаются из прочной кислотостойкой пластмассы, чтобы обеспечить максимальную безопасность во время транспортировки и эксплуатации.

В настоящее время в качестве материала для электродов используется свинец не в чистом виде, а с разнообразными добавками, в зависимости от которых АКБ делят на несколько типов.

В зависимости от добавок для материала электродов автомобильные аккумуляторы делят на:

• Традиционные («сурьмянистые»)
• Малосурьмянистые
• Кальциевые
• Гибридные
• Гелевые, AGM
  И дополнительно:
• Щелочные
• Литий-ионные

Традиционные («сурьмянистые»)

АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин ≥5% сурьмы. Часто их еще называют классическими, традиционными. Но такое название на сегодняшний день уже не актуально, так как классическими уже стали АКБ с меньшим содержанием сурьмы.

Сурьму добавляют в свинец, чтобы увеличить прочность пластин. Но из-за этой добавки резко усиливается, ускоряется процесс электролиза, который начинается уже при 12 вольтах. Из-за выделяющихся газов (кислород и водород) кажется, что вода кипит. Из-за того, что вода улетучивается наружу в большом количестве, меняется концентрация электролита и оголяются верхние края электродов. Для компенсации «выкипевшей» воды в АКБ заливают дистиллированную воду.

Аккумуляторы с высоким содержанием сурьмы делают легкообслуживаемыми. Это вызвано тем, что приходится довольно часто, не реже одного раза в месяц, производить проверку плотности электролита и заливку воды.

Сейчас АКБ данного типа уже не устанавливаются на автомобили, т.к. прогресс уже давно ушел вперед. «Сурьмянистые» батареи могут устанавливаться на стационарные установки, где важнее неприхотливость источников питания и где нет особых проблем с их обслуживанием. Все автомобильные аккумуляторы изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.

Малосурьмянистые

Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в аккумуляторах стали использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше 5%). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень электролита. Также снизился уровень саморазряда АКБ при хранении.

Такие аккумуляторы чаще всего называют малообслуживаемыми или вовсе необслуживаемыми, подразумевая, что данные АКБ не требуют контроля и ухода. Хотя термин «необслуживаемый» больше маркетинговый, чем реальный, так как не получилось абсолютно избавиться от потерь воды из электролита. Вода все равно понемножку «выкипает», хоть и гораздо в меньших количествам, чем у обычных обслуживаемых аккумуляторов. Огромным плюсом малосурьмянистой батареи является ее нетребовательность к качеству электрооборудования автомобиля. Даже при перепадах напряжения бортовой сети характеристики данной АКБ не меняются так необратимо, как это бывает с более современными аккумуляторами, например, кальциевыми или гелевыми.

Малосурьмянистые аккумуляторные батареи больше подходят для легковых автомобилей российского производства, так как отечественные авто пока не могут похвастаться обеспечением стабильности напряжения бортовой сети. Тем более, малосурьмянистые аккумуляторы отличаются минимальной стоимостью по сравнению с другими.

Кальциевые

Еще одним решением снизить интенсивность «выкипания» воды в аккумуляторе было использование вместо сурьмы другого материала в решетках электродов. Наиболее подходящим оказался кальций. Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку «Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем составе кальций. Также в состав пластин иногда добавляют еще и серебро в малых количествах, что снижает внутреннее сопротивление АКБ. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД батареи.

Применение кальция позволило значительно снизить интенсивность газовыделения и потери воды, по сравнению с малосурьмянистыми аккумуляторами. Фактически, потери воды за весь срок службы батареи составили столь малую величину, что отпала необходимость в проверке плотности электролита и уровня воды в банках. Таким образом, кальциевые аккумуляторные батареи имеют право называться необслуживаемыми.

Кроме низкой скорости «выкипания» воды, кальциевые аккумуляторы имеют еще и сниженный почти на 70%, по сравнению с малосурьмянистыми, уровень саморазряда. Это позволяет кальциевым батареям дольше сохранять свои эксплуатационные свойства при долгом хранении.

Т.к. использование кальция вместо сурьмы позволило повысить напряжение начала электролиза воды с прежних 12 до 16 вольт, перезаряд стал не так страшен.

Однако кальциевые аккумуляторные батареи имеют не только плюсы, но и минусы.

Одним из главных минусов аккумуляторов данного типа является капризность в отношении переразряда. Достаточно 3-4 раза чересчур разрядить, как необратимо снижается уровень энергоемкости, т.е. резко уменьшается количество тока, которое батарея способна накопить. Аккумуляторную батарею в таких случаях, как правило, просто меняют.

Кальциевые аккумуляторы чувствительны к напряжению бортовой сети автомобиля, крайне плохо перенося резкие перепады. Перед покупкой аккумуляторной батареи данного типа следует убедиться в стабильности напряжения автомобиля.

Еще одним минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов. Но это уже не является недостатком, а вынужденной платой за качество.

Чаще всего кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на иномарках среднего ценового диапазона и выше, т.е. на те автомобили, где качество и стабильность электрооборудования гарантировано. При покупке аккумулятора данного типа следует иметь в виду, что батарея в эксплуатации более требовательна, чем малосурьмянистая, но зато при должном уходе Вы получаете высококачественный и надежный источник питания для Вашего автомобиля.

Гибридные

Часто обозначаются как «Ca+». В гибридных аккумуляторах пластины электродов сделаны по разным технологиям: положительные – малосурьмянистые, отрицательные — кальциевые. Это позволяет совместить положительные качества обоих типов аккумуляторных батарей. Расход воды у гибридных батарей в два раза меньше, чем у малосурьмянистых, но все равно больше, чем у кальциевых. Зато выше устойчивость к переразрядам и перезарядам.

По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.

Гелевые, AGM

Гелевые и AGM аккумуляторные батареи содержат электролит не в «классическом» жидком виде, а в связанном, гелеобразном состоянии (отсюда и название типа батареи).

Инженерам на протяжении более чем полторы сотни лет истории аккумуляторных батарей приходилось решать множество проблем, задач. Одной из важнейших проблем было осыпание активного вещества с поверхности пластин-электродов. Этот вопрос временно решили путем добавления в состав оксида свинца различных присадок — сурьмы, кальция и т.д. Еще одной очень важной задачей было обеспечение безопасности эксплуатации батарей, т.к. электролит — водный раствор серной кислоты — мог легко вытечь при повреждении корпуса АКБ. Не надо рассказывать, насколько агрессивным химическим веществом является серная кислота. Необходимо было найти способ не допустить, минимизировать возможность утечки электролита при повреждении корпуса батареи.

Эта проблема была решена путем перевода электролита из жидкого в гелеобразное состояние. Т.к. гель гораздо более плотный и менее текучий, чем жидкость, это решило сразу обе проблемы — активное вещество уже не осыпалось (плотная окружающая среда фиксировала его) и электролит не вытекал (гель имеет низкую текучесть).

И в гелевых, и в AGM батареях электролит находится в гелеобразном состоянии. Отличие в том, что в AGM аккумуляторах помимо этого между пластинами-электродами находится специальный пористый материал, дополнительно удерживающий электролит и защищающий электроды от осыпания. Сама аббревиатура «AGM» так и расшифровывается — Absorbent Glass Mat (абсорбирующий стекломатериал). Т.к. гелевые и AGM аккумуляторы имеют почти схожие характеристики, далее по тексту под гелевыми будут иметься в виду и AGM батареи. В случае имеющихся различий об этом будет указано отдельно.

Благодаря тому, что гель в аккумуляторах находится фактически в зафиксированном состоянии, данные батареи не боятся наклонов. Производители пишут даже, что эксплуатация батареи допустима в любом положении. Хотя это лишь маркетинговое высказывание, т.к. все равно не стоит держать гелевые АКБ в перевернутом состоянии.

Отличная виброустойчивость — это не единственное положительное качество гелевых аккумуляторов. Данные типы батарей имеют низкую скорость саморазряда, благодаря чему их можно хранить долгое время без критического снижения заряда. Хранить следует в заряженном состоянии.

Гелевые АКБ могут выдавать одинаково высокий ток вплоть до полного разряда. При этом они не боятся переразряда, полностью восстанавливая после подзарядки свою номинальную емкость.

Если при разряде гелевые аккумуляторы менее капризны, чем классические, то с зарядом батарей ситуация совсем иная. Недопустим ускоренный заряд — процесс зарядки гелевых аккумуляторных батарей должен происходить гораздо меньшим током. Для этого даже используются специальные зарядные устройства, подходящие для зарядки только гелевых аккумуляторов. Хотя на рынке имеются и универсальные ЗУ, умеющие, по заверениям производителей, производить зарядку всех типов батарей. Насколько это соответствует действительности — необходимо смотреть внимательно, обращая внимание на репутацию и гарантии производителя.

К сожалению, гелевые батареи при очень низких температурах ведут себя хуже, чем классические. Это связано с тем, что гель становится менее проводимым при снижении температуры. При благоприятных условиях эксплуатации гелевые аккумуляторные батареи могут работать до 10 лет.

Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической (а не просто маркетинговой) необслуживаемости гелевые батареи широко применяются там, где классические АКБ использовать опасно или невыгодно: внутри помещений (например, в источниках бесперебойного питания), в мототехнике (мотоцикл, в отличие от автомобиля, едет, периодически отклоняясь от вертикальной плоскости), в морском и речном транспорте (данные аккумуляторы не боятся качки, свойственной судам). Разумеется, гелевые батареи также применяются и в автомобилях. Чаще всего — в престижных иномарках, что обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ (плата за качество и надежность).

Щелочные

Как известно, в качестве электролита в аккумуляторах может использоваться не только кислота, но и щелочь. Существует множество разновидностей щелочных АКБ, но мы рассмотрим только те, что нашли применение в автомобилях.

Автомобильные щелочные аккумуляторы бывают двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные. В никель-кадмиевой батарее положительные пластины покрыты гидроксооксидом никеля NiO(OH) (он же гидрат окиси никеля III или метагидроксид никеля), отрицательные пластины — смесью кадмия и железа. В никель-железной батарее положительные пластины покрыты тем же составом, что и в никель-кадмиевой батарее — гидроксооксидом никеля. Отличие лишь в отрицательном электроде — в никель-железном аккумуляторе он сделан из чистого железа. Электролитом в обоих типах аккумуляторов является раствор едкого калия КОН.

Пластины-электроды в щелочных батареях упаковываются в «конверты» из тончайшей перфорированной металлической пластины. В эти же конверты запрессовывается активное вещество. Это позволяет сильно повысить виброустойчивость батарей.

У щелочных АКБ есть интересная особенность: в никель-кадмиевых аккумуляторах положительных пластин на одну больше, чем отрицательных, и находятся они по краям, соединяясь с корпусом. В никель-железных аккумуляторах все наоборот — отрицательных пластин больше, чем положительных.

Еще одной особенностью щелочных батарей является то, что в них при протекании химических реакций не расходуется электролит. По этой причине его требуется меньше, чем в кислотных, где приходится наливать электролит с запасом по причине его «выкипания».

У щелочных аккумуляторных батарей есть ряд преимуществ по сравнению с кислотными:

• Хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
• Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. При этом есть мнение, что их лучше перезарядить, чем недозарядить.
• Щелочные аккумуляторы гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее время.
• Саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных.
• Из щелочных АКБ не выделяются вредные испарения, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
• Щелочные аккумуляторы умеют накапливать больше энергии на единицу массы. Это дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).

Однако у щелочных аккумуляторных батарей есть и недостатки, если сравнивать с кислотными:

• Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять большее количество «банок» для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты щелочного аккумулятора будут больше.
• Щелочные батареи намного дороже кислотных.

Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных. Из-за своих габаритов большинство выпускаемых стартерных щелочных АКБ — для грузовиков.

Перспектива широкого использования щелочных батарей на легковых автомобилях пока туманна.

Литий-ионные

Литий-ионные аккумуляторные батареи (и ее подвиды) считаются наиболее перспективными в качестве дополнительного источника электрического тока.

В химических элементах этого типа носителями электрического тока являются ионы лития. К сожалению, нельзя однозначно описать материалы электродов, т.к. технология постоянно меняется, совершенствуется. Можно лишь сказать, что первое время в качестве отрицательных электродов использовался металлический литий, но подобные аккумуляторы оказались взрывоопасными. В дальнейшем стал использоваться графит. В качестве материала положительных электродов раньше использовались оксиды лития с добавлением либо кобальта, либо марганца. Однако сейчас они всё больше замещаются литий-ферро-фосфатными, т.к. новый материал оказался менее токсичным, более дешевым и экологичным (можно безопасно утилизировать).

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

• Высокая удельная емкость (емкость на единицу массы).
• Выдаваемое напряжение выше, чем у «обычных» — один элемент питания способен выдавать около 4 вольт. Напомним, что напряжение элемента классической АКБ — 2 вольта.
• Низкий саморазряд.

Однако все имеющиеся достоинства перевешивают недостатки, из-за которых не получается уже сегодня массово использовать литий-ионные батареи в качестве замены классических свинцово-кислотных.

Некоторые недостатки литий-ионных батарей:

• Чувствительность к температуре воздуха. При отрицательных температурах способность отдавать энергию очень резко снижается. И это одна из главных проблем, над решением которой и бьются разработчики.
• Число зарядов-разрядов пока слишком мало (в среднем, около 500).
• Литий-ионные аккумуляторы «стареют». При хранении происходит постепенное уменьшение емкости. В течение 2 лет — около 20% ёмкости. Просьба не путать с саморазрядом или эффектом памяти. Но хорошо, что работа над решением этой проблемы все-таки ведется.
• Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к глубоким разрядам.
• Недостаточная мощность для использования в качестве стартерной батареи. Силы тока, выдаваемой литий-ионным элементом, хватает для питания электронных приборов, но недостаточно для пуска двигателя.

Когда инженерам удастся решить эти недостатки, литий-ионные аккумуляторы станут отличной заменой классической кислотной АКБ.

Идет непрерывная работа над усовершенствованием существующих типов аккумуляторных батарей. В исследовательских центрах ищут способы увеличения энергоемкости источников питания, что позволит уменьшить размеры аккумуляторов. Для северных районов очень пригодится изобретение морозоустойчивой батареи (и тогда не было бы проблемы отказа завода двигателя в сильные морозы).

Очень важна работа и в направлении обеспечения экологичности, т.к. нынешние технологии производства аккумуляторных батарей не могут обойтись без использования ядовитых и просто опасных веществ (взять хотя бы свинец или серную кислоту).

Вряд ли у традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей есть будущее. AGM батареи — это промежуточный этап в эволюции. Аккумулятор будущего не будет иметь в своем составе жидкость (чтобы ничего не вылилось при повреждении), будет иметь произвольную форму (чтобы была возможность использовать все возможные пустоты автомобиля), а также множество других параметров, которые позволят автовладельцам наслаждаться поездкой, а не нервничать по поводу того, что аккумуляторная батарея может отказать в самый неподходящий момент.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Виды свинцово-кислотных батарей — АКБ Техцентр

Компания АКБ-ТЕХЦЕНТР в Нижнем Новгороде осуществляет продажу свинцовых, кальциевых, мало сурьмянистых, гибридных, гелиевых, AGM аккумуляторных батарей.
Традиционные свинцовые аккумуляторные батареи
Электроды свинцовой аккумуляторной батареи выполнены из свинца с содержанием более 5% сурьмы. Корпус свинцовой аккумуляторной батареи — черный пластмассовый или эбонитовый, верхняя часть батареи залита смолой. Единственное преимущество таких батарей – высокая ремонтопригодность. В настоящее время для потребительских целей не выпускаются.
Мало сурьмянистые аккумуляторные батареи.
Возможное дополнительное обозначение — отсутствует.
Положительные и отрицательные электроды мало сурьмянистых аккумуляторных батарей выполнены из свинцовых сплавов с пониженным до 2,5-3,0% содержанием сурьмы. В некоторых публикациях мало сурьмянистые аккумуляторные батареи иногда называют «мало обслуживаемыми»; у них расход воды и саморазряд гораздо меньше, чем у традиционных батарей, но в 2-3 раза выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами.
Недостатки мало сурьмянистых аккумуляторных батареи — большой расход воды и саморазряд.
Достоинства мало сурьмянистых аккумуляторных батарей — относительная устойчивость к глубоким разрядам, низкая цена.
Гибридные аккумуляторные батареи
Возможное дополнительное обозначение — Са+, и (или) Hybrid
Гибридные аккумуляторные батареи системы «кальций плюс» (гибридные) с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном токоотводе и свинцово-кальциевым отрицательным токоотводом. Характеристики гибридные аккумуляторные батареи по расходу воды и саморазряду вдвое лучше, чем у мало сурьмянистых.
Достоинства гибридных аккумуляторных батарей
Кальциевые аккумуляторные батареи
Возможное дополнительное обозначение — Са/Са
Первоначально кальциевые аккумуляторные батареи начали выпускать в США на базе свинцово-кальциевого сплава (0,07-0,1% Са) для токоотводов положительного и отрицательного электродов. Кальциевые аккумуляторные батареи значительно снизили газовыделение, что обеспечило эксплуатацию аккумуляторов без доливки воды в течение как минимум двух лет.
Достоинства кальциевых аккумуляторных батарей – снижение саморазряда на 30 % и расхода воды на 80% по сравнению с мало сурьмянистыми
Недостатки кальциевых аккумуляторных батарей – неустойчивость к глубоким разрядам
Кальциевые и гибридные аккумуляторы в гораздо меньшей степени подвержены выкипаемости еще и потому, что состав их свинца обеспечивает свойства своеобразной «самовыключаемости» — они перестают принимать ток, когда заряжены на 95-97 %
Серебряно-кальциевые аккумуляторные батареи (кальциевые с дополнительным легированием серебром)
Возможное дополнительное обозначение — Са/Аg, «серебряно-кальциевая технология»
В конце 90-х годов и в США, и в Западной Европе началось производство батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с добавкой новых легирующих компонентов, в том числе серебра, которые не боятся глубоких разрядов. Добавление серебра также повышает коррозионную стойкость решеток.
Достоинства – устойчивость к глубоким разрядам при сохранении параметров кальциевых батарей по саморазряду и расходу воды
Недостатки – высокая цена и, как правило, невозможность обслуживания (контроля и коррекции уровня электролита).
Расход воды у серебряно-кальциевых батарей в стандартных режимах так мал, что конструкторы убрали из крышек отверстия для доливки воды. Такие батареи в рекламных публикациях иногда называют абсолютно (полностью) необслуживаемыми. В этих батареях исключена возможность контроля плотности электролита и долива воды в процессе эксплуатации.
Заявленные характеристики этих батарей гарантируются только при исправном состоянии электрооборудования автомобиля и соблюдении условий эксплуатации, указанных производителем в инструкции по эксплуатации этих батарей.

Аккумуляторы по технологии AGM.
Самые современные, но самые дефицитные в России. Кстати, в Германии все машины с функцией старт-стоп, выпущенные с 2010 года, комплектуются только такими аккумуляторами. В нашем магазине аккумуляторы AGM представлены брендами, Varta, Banner.

Устройство автомобильной аккумуляторной батареи.

Рассмотрим несколько популярных на нашем рынке технологий.

Самая на данный момент популярная Свинцово-кислотная Сурьмянистая батарея — в пластины начали добавлять такой металл как СУРЬМА «Sb», они стали намного прочнее, теперь температурные перепады им были не страшны. НО минусами можно назвать кипение при 100% заряде (проходит интенсивный процесс электролиза, теряется большая часть воды из электролита). А также интенсивный саморазряд. В таких батареях обычный электролит представляет собой смесь дистиллированной воды и серной кислоты. Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой чередующиеся отрицательные и положительные электроды, к которым подключена активная масса. В свою очередь батарея состоит из 6 аккумуляторов, последовательно соединенных и находящихся в одном корпусе. Для изготовления корпуса применяется материал пропилен, он не способен проводить ток и одновременно с этим легко противостоит разъедающим свойствам кислоты. 

Для создания электродов применяют свинцовый сплав. В большинстве современных аккумуляторов для создания электродов применяют свинцово-кальциевый сплав. Благодаря этому такие аккумуляторные батареи очень медленно саморазряжаются — за 18 месяцев теряют 50% емкости, а также имеют малый расход воды — 1 г/Ач. Из этого следует, что во время эксплуатации такой батареи можно обойтись без добавления воды.

Кальциевая аккумуляторная батарея — в наши дни набирающая популярность. Это батарея в которой свинцовые решетки легированы небольшим количеством кальция (Ca), около 0,07 — 0,1% от общего веса (в современных типах может быть немного больше). На корпусе можно видеть такие надписи — Ca/Ca (говорит о том что обе пластины и «плюсовая», и «минусовая» легированы этой добавкой). Для чего добавлен кальций в пластины? Причин здесь много, но основных всего две — это уменьшение саморазряда (к слову он уменьшился в 6 раз), а также снизить потерю воды из электролита (здесь этот процесс не такой интенсивный, а поэтому батарею можно сделать почти необслуживаемой)

Гибридная – это что-то среднее между кальцием и сурьмой, здесь одна пластина с добавками кальция, а другая сурьмы, обозначение «Sb/Ca» или «Ca+». Этот вид впитал в себя достоинства одной и другой технологий. 

Пластины с положительным зарядом у гибридного аккумулятора производится из свинца с добавкой сурьмы. Отрицательный электрод производится из сплава свинца с кальцием.

В результате совмещаются преимущества двух технологий и устраняются их недостатки. Положительный электрод из свинцово-сурьмянистого сплава даёт устойчивость к глубокому разряду, а отрицательный электрод с кальцием снижает саморазряд и выкипание воды из электролита.

При производстве отрицательного электрода была использована технология ExMET (Expanded Metal) данная технология даёт возможность выпускать электроды меньшей толщины и массы. Благодаря отсутствию перегрева увеличилась прочность пластин. Она обеспечивает более жёсткую структуру пластин, снижает коррозию и обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики гибридных аккумуляторов.

Кальциевые и гибридные аккумуляторы ещё не настолько сильно распространены, как сурьмянистые, но постепенно они завоёвывают место на рынке. Пока их массовое использование тормозится достаточно высоким ценником.

И на конец самая усовершенствованная на данный момент свинцово-кислотная технология абсорбирующего стекловолокна (AGM)

Выбирая AGM на основе самой совершенной технологии Absorbent Glass Mat (абсорбирующее стекловолокно), Вы получаете исключительно качественный аккумулятор, который способен удовлетворить потребности в энергии самых требовательных автомобилей и оборудования. Аккумулятор AGM безопасен и герметичен даже в случае поломки. Технология AGM обеспечивает в три раза больший срок службы в циклах по сравнению с обычными аккумуляторами, что идеально подходит для усовершенствованных систем Start-Stop, в которых аккумулятор нужно быстро подзаряжать энергией рекуперативного торможения.

Аккумуляторы Powersports AGM спроектированы с учетом работы в суровых условиях. Благодаря усовершенствованной технологии AGM этот сложный продукт обеспечивает максимальную мощность в течение длительного времени и не требует обслуживания.

Впитывающий стекломат (AGM)

Специальный стекловолоконный сепаратор впитывает весь электролит в аккумуляторе и обеспечивает высокую устойчивость к циклированию. Это позволяет аккумулятору выдерживать многочисленные циклы заряда-разряда без потери производительности.

Узнать больше о технологии AGM

Подбор зарядного устройства по типу АКБ

Модель ЗУ	Max ток заряда, А	Регулировка тока	Max напряжение заряда, В	Регулировка напряжения	Тип измерительного прибора
Вымпел-57	0,8-20	плавная	7,4-18	плавная	сегментный ЖК амперметр/вольтметр
Вымпел-56	0,8/5/8/10/20	программно	14,1 / 14,8 / 15,8	программно	светодиодные индикаторы
Вымпел-55	0,5-15	дискретная с шагом 0,1 А	0,5-18	дискретная с шагом 0,1 В	ЖК дисплей со множеством параметров
Вымпел-50	0,5-15	дискретная с шагом 0,1 А	5,5-18	дискретная с шагом 0,1 В	LED дисплей со множеством параметров
Вымпел-47	0,8-20	плавная	15	переключатель	сегментный ЖК амперметр/вольтметр
	0,8-15		30
Вымпел-40	0,8-20	плавная	15	переключатель	стрелочный амперметр
	0,8-15		30
Вымпел-37	0,8-20	плавная	14,1 / 14,8 / 16	переключатель	сегментный ЖК амперметр/вольтметр
Вымпел-32	0,8-20	плавная	13,6 / 14,4 / 15	переключатель	стрелочный амперметр
Вымпел-30	0,8-20	плавная	14,8 / 16 / 19	переключатель	стрелочный амперметр
Вымпел-27	0,4-7	плавная	14,1 / 14,8 / 16	переключатель	сегментный ЖК амперметр/вольтметр
Вымпел-20	0,4-7	плавная	7,5 / 15 / 19	переключатель	стрелочный амперметр
Вымпел-15	7	нет	15	нет	светодиод (отображение состояния заряда)
Вымпел-09	0,25 — 1,2	плавная	12-16	плавная	светодиод (отображение состояния заряда)
Вымпел-07	1,2	нет	13,6 / 14,6	кнопка	светодиод (отображение состояния заряда)
Вымпел-05	1,2	нет	14,6	нет	светодиод (отображение состояния заряда)
Вымпел-03	1,2	нет	6,8 / 7,4	автомат	светодиод (отображение состояния заряда)
Вымпел-415	0,4-20	плавная	15	переключатель	стрелочный амперметр
	0,4-15		30
Вымпел-410	25	нет	15 / 30	переключатель	светодиод (отображение состояния заряда)
Вымпел-325	0,8-20	плавная	14,8	нет	стрелочный амперметр
Вымпел-320	0,8-20	плавная	15 / 19	переключатель	светодиодный амперметр
Вымпел-270	0,4-7	плавная	15 / 19	переключатель	светодиодный амперметр
Вымпел-265	0,4-7	плавная	15	нет	стрелочный амперметр
Вымпел-260	0,4-7	плавная	15	нет	светодиодный амперметр
Вымпел-160	0,4-7	плавная	7,5 / 15	переключатель	светодиодный амперметр
Вымпел-150	7	нет	15	нет	светодиод (отображение состояния заряда)
Вымпел-100	15	нет	14,2	нет	нет

ZEVS | Характеристики аккумуляторных батарей

Эксплуатационный период аккумуляторной батареи обычно не превышает четыре года, поэтому рано или поздно перед автомобильными владельцами встаёт вопрос о выборе новой батареи для машины. Но как понять какого типа аккумулятор выбрать? Какими характеристиками руководствоваться? И где найти их описание? Об этом мы сегодня Вам и расскажем.

Существует несколько основных типов аккумуляторных батарей, которые различаются материалом, из которого изготовлены электроды, и составом электролита. Многие из Вас знают, что есть различные никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные, свинцово-кислотные аккумуляторы. Из данного списка для применения в качестве стартерных используются лишь одни – свинцовые. Это обуславливается тем, что этот тип аккумуляторных батарей наделён максимально большим запасом электроёмкости, в сравнении с другими, и способен мгновенно отдавать большую силу тока. Но при всём этом, приходится мириться с тем, что их наполнение очень вредно, ведь это свинец и кислота. Чтобы обеспечить максимальную безопасность эксплуатирования свинцовых аккумуляторов, их корпуса изготавливают из специальной пластмассы, устойчивой к воздействию кислоты. Сегодня материалом, из которого изготавливаются электроды является свинец, не в чистом виде, конечно, но с различными добавками, от которых и зависит уже дальнейшее деление аккумуляторов на несколько типов:

1. Традиционные или сурьмянистые. Аккумуляторные батареи данного типа в составе свинцовых электродов содержат ещё и 5% сурьмы. Их называют ещё просто классическими или традиционными. Но на сегодняшний день актуальность этих названий уже не имеет прямого смысла, ведь содержание сурьмы уменьшилось в разы. Сурьму добавляют в сплав в состав электродов для повышения их прочности. Но эта добавка также ускоряет процесс электролиза, начинающийся уже на отметке в 12 вольт. Выделяется большое количество газов и возникает ощущение кипячения воды. Из-за испарения воды в больших объёмах, электролит меняет свою концентрацию на более сильную из-за чего верхушка электродов оголяется. Для того, чтобы восстановить водный баланс электролита, в него добавляют дистиллированную воду. Аккумуляторы с большим содержанием сурьмяных добавок очень просты в обслуживании. Это обусловлено тем, что ежемесячно нужно проверять концентрацию электролита и по надобности заливать дистиллированную воду. В новых моделях автомобилей такие аккумуляторы уже не устанавливают, ведь прогресс стремительно шагает вперёд. Данные батареи устанавливают по-прежнему на недвижимые установки, где важна неприхотливость и не возникают проблемы с обслуживанием источников питания. Автомобильные же аккумуляторы сейчас изготавливают без добавления сурьмы или же минимизируют её количество по максимуму.

2. Малосурьмянистые. Чтобы избежать сильного испарения воды из электролита, аккумуляторные пластины, как уже было сказано выше, стали делать с минимальными сурьмянистыми добавкам, количество которых не достигает отметки в 5%. В следствии чего частая необходимость проверки электролита на уровень концентрации канула в лету. Также снизился саморазряд при длительном хранении аккумуляторной батареи. Такой тип аккумуляторов относится к тем, что мало обслуживаются или не обслуживаются вовсе. Обосновывается это тем, что внутренности батареи не нуждаются в контроле и уходе. Хотя по сути такой термин как «необслуживаемый» относится к нереализованной теории или скорее всего к хитрым маркетинговым операциям, ведь не достигли ещё того уровня, при котором вода из электролита вовсе не выкипает. Она понемногу да испаряется всё равно, хотя и в значительно меньших объёмах, чем у тех аккумуляторах, которые называют обслуживаемыми.

3. Кальциевые. Производители всё бьются над тем, как сделать полностью необслуживаемую батарею, чтобы вода в ней не испарялась вовсе. Для этого сурьму в решётках электродных пластин заменили на другой, более подходящий, материал. Таковым оказался кальций. Аккумуляторы кальциевого типа зачастую маркированы буквами «Ca/Ca». Такое обозначение говорит автовладельцам о том, что пластины обоих полюсов имеют в своём составе кальций. К тому же в состав электродов порой добавляют и серебро в очень малых количествах. Благодаря этому снижается сопротивление внутри аккумулятора, что хорошо сказывается на его производительности и энергоёмкости. Кальций в составе свинцовых пластин прекрасно справился с задачей снижения газовыделения и утраты воды, что ставит этот тип на порядок выше малосурьмянистых батарей. Потеря воды за время эксплуатации батареи настолько мизерна, что необходимость в проверке концентрации электролита и его уровня в банках, просто стала ненужной. Таким образом аккумуляторные батареи кальциевого типа можно по праву называть необслуживаемыми. Кроме меньшей потери воды, кальциевые аккумуляторы ещё имеют и на 70% более низкий, по сравнению с предыдущими оппонентами, уровень саморазряда. Что позволяет этим батареям более длительный срок удерживать на уровне свои эксплуатационные качества. Такие аккумуляторы устанавливают на заводах по производству иностранных автомобилей среднего ценового сегмента, где производитель смело гарантирует стабильность и качество электрического оборудования. Но покупая аккумулятор данного типа, знайте, что уход за ним требуется более тщательный чем малосурьмянистому. Но при должном обслуживании у Вас будет надёжный и стабильный источник питания высокого качества.

4. Гибридные. Маркируется тип данных аккумуляторов как «Ca+». Гибридные аккумуляторные батареи имеют электродные пластины, которые созданы с использованием различных технологий: положительные электроды малосурьмянистые, а отрицательные уже идут кальциевые. Такая технология позволила совместить положительные стороны обоих типов в одном аккумуляторе. Вода в гибридных батареях расходуется на 50% медленнее чем у малосурьмянистых, но всё равно быстрее чем у кальциевых аккумуляторов. Но зато гибриды гораздо устойчивы к перезарядам. По своим характеристикам они по праву занимают нишу между двумя предыдущими представителями.

5. Гелиевые или AGM Банки гелиевых аккумуляторных батарей наполнены электролитом не в понятном нам жидком состоянии, а в гелеобразном, фиксированном, откуда и пошло название данного типа. Благодаря такому состоянию электролита, этим аккумуляторам не страшны наклоны, ведь гель не так ликвиден, как жидкость. Хотя это снова профессиональный «заманушный» маркетинговый ход, и переворачивать аккумуляторы с гелиевым наполнением лучше не стоит. Хоть производители и пишут, что такие аккумуляторы можно эксплуатировать в любом удобном положении. На прекрасной виброустойчивости не заканчиваются положительные стороны AGM аккумуляторов. Они также медленно саморазряжаются, благодаря этому они переносят длительное хранение не боясь критического снижения заряда. Организовывать их хранение следует в полностью заряженном состоянии. Сила тока, подаваемая АКБ, в зависимости от заряда, неизменна даже до полной разрядки. Им так же не страшен и переразряд, они полностью восстанавливают свою прежнюю ёмкость даже после подзарядки. Но с зарядом батарей гелиевого типа ситуация состоит не так гладко как с разрядом. Нельзя ускоренно заряжать такие батареи. Их зарядка должна происходить очень малым током. Для этого выпускаются даже зарядные устройства, специально адаптированные под зарядку именно гелиевых аккумуляторов. Хотя рынок богат на универсальные зарядные устройства, которые по плану должны заряжать любые типы аккумуляторных батарей. Насколько это всё действительно правда, однозначно ответить нельзя, ведь производители бывают разные и лучше обращать внимание на тех, которые уже устоялись на рынке и крепко себя зарекомендовали. Отрицательной стороной гелиевых батарей является их «боязнь» экстремально низких температур. Чем ниже температура окружающей среды, тем ниже становится проводимость гелиевого электролита. Если условия эксплуатации благоприятны, такие аккумуляторные батареи могут прослужить и десяток лет.

6. Щелочные. Автомобильные щелочные батареи бывают лишь двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные. Батареи первого типа имеют положительные электроды, покрытые гидроксооксидом никеля NiO(OH), а отрицательные электроды — железом с примесью кадмия. Во второй разновидности батарей, положительные электроды покрыты идентично с теми, что находятся в никель-кадмиевой батарее, то есть гидроксооксидом никеля. А вот в отрицательном электроде уже присутствуют различия, здесь он выполнен из чистого, без примесей, железа. Щелочным электролитом в обоих типах батарей есть раствор едкого калия.

7. Литий-ионные. Данный и последний в нашем списке тип аккумуляторных батарей считается наиболее перспективным на сегодняшний день. В состав электролита данного типа аккумуляторов входят ионы лития. О том, из какого материала состоят электродные пластины, однозначно сказать не получится, ибо технология изготовления всё время движется вперёд. Однако, мы знаем, что изначально они производились из металлического лития, но из-за их взрывоопасности, такие электроды использовать перестали. На их смену пришли графитовые пластины. Для положительно заряженных электродов использовался оксид лития с добавлением кобальта или марганца. Но в нынешнее время происходит их замещение на литий-ферро-фосфатные, ибо новый материал гораздо менее токсичен, более доступен и экологически чист. Такие пластины можно спокойно утилизировать.

Постоянно идёт работа по усовершенствованию имеющихся типов аккумуляторов, и она непрерывна. В центрах исследований и испытаний неустанно трудятся над поиском более энергоёмких источников питания компактных размеров. Для регионов с экстремальными зимами, пригодилось бы изобретение батарей устойчивых к сильным морозам, тогда бы решилась проблема с отказом мотора. Так же важно движение и в сторону экологичности. Ведь сегодня пока ещё не научились производить полностью экологичные аккумуляторные батареи. Нельзя пока что обходиться без добавления токсичных элементов, таких как, например, свинец, щёлочь, серная кислота. Но у традиционных аккумуляторов, будущее скорее всего закрыто. Промежуточным эволюционным этапом являются гелиевые батареи. Аккумулятор будущего видят без наполнения жидкостью, произвольной формы, а также с множеством других параметров, которые избавят автовладельцев от переживаний относительно того, не вылился ли электролит, а не откажет ли батарея. Водитель должен наслаждаться поездкой.

Технические характеристики: вес, сила тока, емкость, напряжение

Важнейшими показателями качества аккумуляторных батарей выступают: напряжение, вес, ёмкость, габариты, номинальная глубина разряда, срок службы, коэффициент полезного действия, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда. Также учитывайте тот факт, что указанные производителем характеристики действенны для температур 20-25 градусов по Цельсию. При отклонениях от этих чисел, они изменяются и зачастую не в лучшую сторону. Значения напряжения и ёмкости зачастую используется в названии модели аккумуляторной батареи. Так, например, аккумулятор RA12200DG. Напряжение батареи 12 Вольт, её ёмкость 200 А/ч, гелиевый электролит, глубокоразрядная. Эта батарея выдаёт энергию в 2,4 кВт, исходя из формулы 12 х 200 = 2400 Вт*ч при разряде током на протяжении десяти часов в 10% от всей ёмкости. При отклонениях в сторону большего тока и скорой разрядки, ёмкость такой батареи уменьшается. При меньших токах – наоборот, зачастую, увеличивается. Нужно смотреть на разрядные характеристики тех или иных батарей, которые Вас интересуют. Порой производители в названии указывают слишком идеальную ёмкость аккумуляторной батареи, которая возможно только в утопических условиях. Такие любители, например, Haze, у которых ёмкость в реальности на порядок ниже заявленной, а именно на 10-20 пунктов, а это значительно, согласитесь.

Ёмкость батареи

Количество энергии, которую в себе может хранить аккумуляторная батаре и называется её ёмкостью. Её измеряют в ампер-часах А/ч. Например один аккумулятор с ёмкостью в 100 ампер-часов может подавать ток с силой в 1 ампер напротяжении 100 часов, или током в 5 ампер 20 часов и так далее. Хотя ёмкость батареи уменьшается, если увеличивается разрядный ток. На рынке можно приобрести аккумуляторы с ёмкостью от 1 до 2000 А/ч.

Срок службы

Для того, чтобы продлить срок эксплуатации свинцовой аккумуляторной батареи, лучше использовать лишь небольшую часть её ёмкости до повторной подзарядки. Каждый процесс, который сопровождается разрядом и дозарядом аккумулятора называется зарядным циклом, причём проводить полный разряд аккумулятора не обязательно. Допустим, Вы разрядили аккумулятор на четверть, а потом его снова зарядили, то у него произошёл один зарядный цикл. Но количество циклов будет напрямую зависить от глубины разряда. Если аккумулятор можно разряжать более чем на половину от его номинальной ёмкости без значительного ухудшения его параметров, то такой агрегат называется «глубокоразрядным». Аккумуляторная батарея может быть повреждена, если её перезарядить больше чем необходимо. Максимальное напряжение, подаваемое на кислотную батарею в 12 вольт, не должно превышать 15 ватт. Значительная часть фотоэлектрических аккумуляторов обладают мягкой нагрузочной характеристикой, поэтому с увеличением напряжения зарядный ток значительно снижается. Допустим, для солнечных батарей всегда нужно применять определённый контроллер заряда. Так же его применение необходимо и для ветроэлектростанций и микрогидроэлектростанций.

Напряжение

Аккумуляторное напряжение – это зачастую основной параметр, следя за которым можно определять то насколько заряжена аккумуляторная батарея и в каком состоянии она находится. Особенно это касается аккумуляторов в герметичной оболочке, у которых физически невозможно, не повредив их, измерить концентрацию электролита. Для того, чтобы определить насколько заряжен аккумулятор, его напряжение измеряют на клеммах в течении 4-5 часов в отсутствие зарядного и разрядного токов. Напряжение измеряемое во время заряда или при разряде батареи ничего не скажет о том, насколько заряжен аккумулятор. Зависимость того насколько заряжен аккумулятор от напржения на нём вхолостом режиме различно у разных типов батарей. Для аккумуляторов, которые являются герметизированными, например, гелевых немного больше чем у тех типов, которые имеют в себе жидкий электролит. Например аккумулятор типа AGM считается полностью заряженным, если напряжение на его клеммах равно 13 ватт, в то время как у кислотных аккумуляторов оно равно 12,5 ватт.

Степень заряженности

Степень того насколько заряжена аккумуляторная батарея зависит от множества факторов. И точно определить заряд аккумулятора в состоянии лишь специальные приспособления с памятью и микропроцессором. Они следят за зарядом и разрядом батареи на протяжении нескольких зарядных циклов. Использование данного метода даст Вам самые точные показания о заряженности аккумулятора, но так же и отнимет немалую сумму денег. Но не стоит скупиться на применение данного метода, ведь Вы сможете изюежать лишних трат при дальнейшем обслуживании и замене аккумуляторной батареи. Применяя специальные устройства, что контролируют работу батарей по степени их заряда, Вы заметно повысите эксплуатационный период своего свинцово-кислотного аккумулятора. Для определения того насколько заряжена аккумуляторная батарея Вашего автомобиля успешно используются и два следующих метода, которые являются упрощёнными.

Напряжение на аккумуляторе

Этот способ не отличается сильной точностью, но для его применения необходимо наличие лишь цифрового вольтметра, с чувствительностью до сотой доли вольта. Перед тем как приступать к измерениям, необходимо будет отсоединить аккумуляторную батарею от всех потребителей электроэнергии, которые разряжают её и от устройств, её заряжающих. Подождать не менее двух часов и приступать к измерению на терминалах аккумулятора. У заряженной на 100% гелиевой батареи напряжение будет составлять 13 ватт против 12,5 ватт у жидкоэлектролитных аккумуляторов. По мере того, как аккумуляторная батарея начинает состариваться, её напряжение снижается. Напряжение можно измерять как на всём аккумуляторе, так и на каждой банке. Чтобы найти неисправную, например в 12-ти вольтовом аккумуляторе, нужно разделить общее напряжение на количество банок, в данном случае 6.

Плотность электролита

Следующий метод проверки заряженности батареи — по плотности электролита. Как уже стало ясно, он подходит только для аккумуляторов с жидким наполнителем, для гелиевых, например, его применить, априори, нельзя. Также, как и в первом способе, перед началом замеров нужно подождать не менее двух часов. Замеры производятся ареометром. Важно! Перед началом процедуры обязательно обезопасьте себя, надев перчатки и пластиковые защитные очки. Держите под рукой соду и воду на тот случай, если электролит попадёт на кожу.

Срок службы аккумуляторов

Эксплуатационный срок определять временными отрезками – не совсем правильно. Срок службы аккумулятора исчисляется зарядными циклами и зависит он напрямую от эксплуатационных условий. Чем больше глубина разряда аккумуляторной батареи и чем дольше она находится в разряженном состоянии, тем значительнее сокращается количество её рабочих циклов. Как мы уже поняли, что понятие количества зарядных циклов абсолютно относительно, ибо зависит напрямую от множества факторов. Кроме этого количество жизненных циклов одного аккумулятора не будет таким же у другого, это понятие не универсальное. Ведь всё зависит опять же от факторов эксплуатации и технологии производства, которая различается у того или иного производителя. Запомните, что срок эксплуатации аккумулятора исчисляется зарядными циклами, а временные отрезки приблизительно рассчитываются в тех случаях, если аккумулятор эксплуатируется постоянно в типичных условиях. Ещё одним важным моментом есть то, что аккумуляторная полезная ёмкость уменьшается в процессе эксплуатирования аккумулятора. Все характеристики по числу циклов определяются не до полной кончины батареи, а до потери им 40; от его номинальной ёмкости. Например, если производитель указал количество в 600 циклов при заряде равном половине его ёмкости, это означает, что через 600 идентичных циклов в идеальных условиях, полезная ёмкость батареи будет составлять 60% от заводской. И уже при таком значении ёмкости производители рекомендуют производить замену аккумуляторной батареи. У свинцово-кислотных аккумуляторов срок службы колеблется от 300 и до 3000 циклов, в зависимости от того каков тип и глубина разряда батареи. Для того, чтобы обеспечить длительный срок эксплуатации, разряд аккумулятора в типичном цикле не должен превышать 30%, а глубокий разряд – 80% ёмкости. Если свинцово-кислотный аккумулятор разрядился, его необходимо чем быстрее зарядить. Если такой аккумулятор более 12-ти часов находился в полностью разряженном или недозаряженном состоянии, то последствия случившиеся с ним могут быть необратимы и срок его эксплуатации резко снизится. Как же определить, что аккумуляторная батарея уже близится к своему пределу? Всё очень просто. Внутреннее сопротивление аккумулятора резко повышается, что приводит к скачку напряжения при заряде, в следствии чего снижается и период самой зарядки и более быстро происходит разрядка батареи. Если Вы станете заряжать умирающий аккумулятор током, который близок к предельному, то он будет сильно греться, гораздо сильнее чем ранее. Максимальные токи заряда и разряда Токи заряда и разряда любого аккумулятора измеряются в зависимости от его ёмкости. Как правило максимальный зарядный ток для аккумуляторной батареи не стоит превышать более 0,3С. Превышение заряда тока приведёт к снижению эксплуатационного срока аккумуляторной батареи. Мы же рекомендуем выставлять зарядный ток не более чем 0,2С.

Саморазряд

Саморазряд, как явление характерен для всех типов аккумуляторных батарей в меньшей или большей степени и заключается в утрате ими своих ёмкостных характеристик после того, как они полностью зарядились в отсутствие внешнего потребителя энергии. Для того чтобы удобно было количественно оценить саморазряд аккумуляторной батареи, будет удобным использование величины потерянной ёмкости за определённый период времени, которая процентно выражается от значения, которое получено сразу после полного заряда. За временной промежуток, как правило берётся интервал, который равен одним суткам или одному месяцу. Например, если взять исправный аккумулятор NiCD, то допустимый саморазряд у них равняется 10% в сутки, после окончания зарядки. Для NiMH батарей – чуть больше, а для Li-ION совершенно мал и оценивается за месяц. В свинцовых же батареях саморазряд уже исчисляется годами, ибо он гораздо уменьшен и составляет 40% в год при температуре в 20 градусов по Цельсию и 15% при температуре в 5 градусов. Если температура хранения значительно выше, то следовательно и саморазряд происходит быстрее. Например при температуре в 40 градусов аккумуляторная батарея лишится своих 40% ёмкости уже за 5 месяцев. Отметим, что аккумулятор сильно саморазряжается только в первые сутки после заряда, а после он значительно утихает. Если аккумулятор подвергается глубокому разряду и последующему заряду, то это усугубляет его саморазряд. Процесс саморазряда набирает силу при повышенных температурах. Так, например, если окружающая температура резко подымется на 10 градусов, по отношению к привычной, то саморазряд увеличится в два раза. Ёмкость может растрачиваться и в случае повреждения сепаратора, когда кристаллы слипаются, образуя большой ком, пробивающий его. Сепаратор в аккумуляторе – это тонкая пластина, которая разделяет электроды с положительным и отрицательным зарядами. Такое случается при неверном обслуживании аккумуляторной батареи или вообще его отсутствии. Так же это может произойти, если применять некачественные устройства для зарядки или те, которые не соответствуют необходимым параметрам. Если аккумулятор изношен, то его электродные пластины слипаются друг с другом из-за их разбухания. Это и приводит к ускоренному саморазряду. На такой стадии повреждённый сепаратор уже не поддаётся восстановлению путём проведения заряда/разряда

Типы автомобильных аккумуляторов

Автомобильная аккумулятора батарея (АКБ) – это источник электрического тока, предназначенный для запуска автомобиля и питания всех электроприборов в автомобиле. Состоит аккумулятор из нескольких отдельных элементов питания. Пользователь может использовать не один, а несколько элементов питания для получения большей силы тока или напряжения, зависимо от способа подключения – параллельный или последовательный.

На автомобильном рынке представлено несколько типов автомобильных аккумуляторов, которые отличаются материалом электролита и электродов. Из всего разнообразия в качестве  стартерных используются исключительно свинцовые, т.к. имеют максимальную энергоемкость и способны за короткий промежуток времени отдавать большое количество тока. Рассмотрим с вами все разновидности автомобильных аккумуляторов.

Сурьмянистые (традиционные)

Это классический аккумулятор, который состоит из пластин и ≥5% сурьмы. Современные модели обладают меньшим количеством сурьмы, которую добавляют для увеличения прочности пластин. Но именно из-за этой добавки ускоряется и усиливается процесс электролиза, который начинается при 12V. Из-за выделяющихся газов складывается ощущение, что вода кипит.

В результате того что вода улетучивается наружу, меняется концентрация электролита и оголяются верхние края электродов. Чтобы компенсировать выкипевшую воду, аккумулятор заливается дистиллированной водой. Несмотря на простое обслуживание, их нужно часто проверять на уровень жидкости. Сегодня уже такие аккумуляторы не устанавливают в авто, но активно используются на стационарные установки, которые не прихотливы к источнику питания.

Малосурьмянистые

Для минимизации количества потерь воды, в аккумуляторе начали использоваться пластины с низким содержанием сурьмы – меньше 5%. Это поспособствовало тому, что пользователю не нужно постоянно проверять уровень электролита и снизился уровень саморазряда во время хранения. Такой вид АКБ относится к необслуживаемым или малообслуживаемым. Но не стоит верить производителям, что вода совсем не выкипает – просто потери значительно ниже, чем в сурьмянистых моделях.

Весомое преимущество модели в том, что аккумулятор не прихотлив к качеству электрооборудования в авто. Если происходят перепады напряжения, то на них это не влияет, как в гелевых или кальциевых моделях. Станет оптимальным решением для отечественных легковых автомобилей, которые имеют нестабильную бортовую сеть. Имеют ниже стоимость, чем другие разновидности АКБ.

Кальциевый

В кальциевом аккумуляторе использовалась не сурьма, а кальций, что снизило уровень потери воды. Обозначаются «Са/Са», что обозначает наличие кальция на обоих полюсах аккумулятора. В некоторых моделях добавляют серебро в небольших количествах, что снижает уровень внутреннего сопротивления аккумулятора, повышая КПД источника питания.

Использования кальция позволяет существенно снизить уровень выделения газа и потерю воды, если сравнивать с малосурьмянистыми АКБ. Фактически, за весь срок службы потеря воды столь низкая, что не нужно проводить проверку плотности электролита и воды в банках. За счет этого такие модели имеют право называться необслуживаемыми. Уровень саморазряда снижен почти на 70%, что дает возможность сохранять эксплуатационные характеристики при длительном хранении.

Гибридный

Обычно обозначается аккумулятор «Са+». В данных аккумуляторах пластины электродов выполнены по разным технологиям: отрицательный – кальциевый, положительный – малосурьмянистый. Подобный подход позволил производителям обеспечить в одной модели положительные свойства обоих видов батарей. Расход воды в таких моделях в два раза ниже, чем у малосурьмянистых, но выше, чем в кальциевой модели. При этом повышена устойчивость к перезаряду.

Гелевый (AGM)

Гелевые АКБ содержат электролит не в стандартном жидком виде, а в связанном гелеобразном состоянии, отчего и появилось название батареи. Подобный подход позволил исключить осыпание пластины-электрода, в это время минимизируется возможность вскипания жидкости и попадания серной кислоты на корпус АКБ и других элементов авто.  За счет того, что в аккумуляторе гель находится в зафиксированном состоянии, такие батареи абсолютно не будут бояться наклона. Эксплуатация возможна абсолютно в любом положении, но все же, не рекомендуется использовать аккумулятор перевернутым.

Отличается прекрасной устойчивостью к вибрациям, обладает низкой скорость саморазряда, за счет чего его можно хранить долгое время, не боясь разряда. Хранить нужно исключительно в заряженном состоянии. Гелевые модели могут выдавать критически высокий ток на протяжении всего заряда, в это время не боятся перезарядки, полностью восстанавливая свою емкость. Но заряд должен происходит меньшим током, чем в классических моделях. Единственный недостаток – они могут плохо работать при низких температурах, что связано с повышением плотности материала внутри АКБ. При благоприятных условиях срок эксплуатации до 10 лет.

Щелочной

В аккумуляторах может использоваться не только кислота, но и щелочь. Из всего разнообразия щелочных моделей применение вместе с автомобилями нашли только никель-железные и никель-кадмиевые. Пластины-электроды в щелочной батарее упаковываются в специальный «конверт» из тонкой перфорированной металлической пластины, в которое запрессованное активно вещество. Это дает возможность значительно снижать уровень стойкости к вибрациям. Отличительная особенность щелочных моделей заключается в том, что при протекании химических реакций, у них не расходуется электролит, поэтому его нужно меньше, чем в кислотной модели. Если говорить о преимуществах щелочных аккумуляторах, можно выделить:

• стойкость к перезарядке, при этом АКБ хранится длительно время без потери характеристик, чего нет в кислотной модели;
• способны работать в условиях низких температур, обеспечивая безотказный запуск двигателя;
• саморазряд щелочной батареи ниже, чем в классической кислотной модели;
• исключено выделение вредных испарений;
• накапливают больше энергии на единицу массы для обеспечения электрического тока.

В настоящее время они используются в качестве тягового автомобильного аккумулятора, а не стартерного. Из-за крупных размеров чаще выпускаются щелочные аккумуляторы для грузовых автомобилей.

Литий-ионный

Подобные аккумуляторы являются самыми перспективными в качестве дополнительного источника электричества. В качестве носителя электрического заряда в таких аккумуляторах ионы лития. Точно описать материалы электродов невозможно, т.к. ежегодно технология совершенствуется. Весомым преимуществом подобной модели является высокая емкость на единицу массы, высокое выдаваемое напряжение и низкий уровень саморазряда. При этих преимуществах, они слишком чувствительны к температуре воздуха. При низкой температуре работает неэффектно, а число зарядов и разрядов слишком мало – до 500 единиц.

Как видите, рынок автомобильных аккумуляторов довольно широк и обычному водителю достаточно сложно сделать самостоятельный выбор. В этом вам поможет наш интернет-магазин аккумуляторов для автомобилей, где вы можете купить АКБ различного типа, выбрав из широкого ассортимента. Предоставляем исключительно сертифицированную продукцию известных брендов, среди которой обязательно сможете подобрать оптимальный вариант. Специалисты компании всегда готовы прийти на помощь и сделать правильный выбор, учитывая ваши цели, предпочтения и финансовые возможности.

Вам достаточно просто посетить наш интернет-магазин “MIGEL”, а все остальную работу сделают наши специалисты!

Аккумулятор из расплавленных металлов | MIT News

Новая аккумуляторная батарея, разработанная в Массачусетском технологическом институте, однажды может сыграть решающую роль в массовом расширении солнечной генерации, необходимой для смягчения последствий изменения климата к середине века. Разработанная для хранения энергии в электрической сети, аккумулятор большой емкости состоит из расплавленных металлов, которые естественным образом разделяются, образуя два электрода слоями по обе стороны от расплавленного солевого электролита между ними. Испытания элементов, изготовленных из недорогих материалов с большим содержанием земли, подтверждают, что жидкие батареи работают эффективно, не теряя значительной емкости или не подвергаясь механической деградации — распространенные проблемы в современных батареях с твердыми электродами. Исследователи из Массачусетского технологического института уже продемонстрировали простой и недорогой процесс изготовления прототипов своих аккумуляторов, и в планах на будущее предусматриваются полевые испытания малых энергосетей, которые включают в себя источники прерывистой генерации, такие как солнце и ветер.

Возможность хранить большие объемы электроэнергии и доставлять ее позже, когда это необходимо, будет иметь решающее значение, если прерывистые возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, будут использоваться в масштабах, которые помогут ограничить изменение климата в ближайшие десятилетия.Такое крупномасштабное хранилище также сделало бы сегодняшнюю электросеть более устойчивой и эффективной, позволяя операторам быстро доставлять поставки во время отключений и удовлетворять временные пики спроса, не поддерживая дополнительные генерирующие мощности, которые дороги и редко используются.

Десять лет назад комитет, планирующий новую энергетическую инициативу Массачусетского технологического института, обратился к Дональду Садоуею, профессору химии материалов Джона Ф. Эллиотта из Массачусетского технологического института, с предложением заняться хранением энергии в масштабе энергосистемы. В то время исследования Массачусетского технологического института были сосредоточены на литий-ионной батарее — тогда это была относительно новая технология.Разрабатываемые литий-ионные батареи были небольшими, легкими и недолговечными — это не проблема для мобильных устройств, которые обычно обновляются каждые несколько лет, а проблема для использования в сети.

Аккумулятор для электросети должен был надежно работать в течение многих лет. Он мог быть большим и стационарным, но главное — недорогим. «Классический академический подход, заключающийся в том, чтобы изобрести самый крутой химический продукт, а затем попытаться снизить затраты на этапе производства, не сработает», — говорит Садоуей.«В энергетическом секторе вы конкурируете с углеводородами, а они глубоко укоренились, сильно субсидируются и устойчивы». Резкий сдвиг в производстве энергии потребует другого подхода к хранению.

Садовей поэтому обратился к хорошо знакомому процессу: плавке алюминия. Плавка алюминия — это крупномасштабный недорогой процесс, проводимый внутри электрохимических ячеек, которые надежно работают в течение длительных периодов времени и производят металл с очень низкими затратами, потребляя при этом большое количество электроэнергии.Садовей подумал: «А можно ли запустить плавильный завод в обратном направлении, чтобы он возвращал свою электроэнергию?»

Последующее расследование привело к обнаружению жидкометаллической батареи. Как и в обычной батарее, у этой батареи есть верхний и нижний электроды с электролитом между ними (см. Рисунок 1 в слайд-шоу выше). Во время разряда и перезарядки положительно заряженные ионы металлов перемещаются от одного электрода к другому через электролит, а электроны совершают то же путешествие по внешней цепи. В большинстве батарей электроды — а иногда и электролит — твердые.Но в батарее Садоуея все три жидкие. Отрицательный электрод — верхний слой батареи — представляет собой жидкий металл с низкой плотностью, который легко отдает электроны. Положительный электрод — нижний слой — представляет собой жидкий металл высокой плотности, который с радостью принимает эти электроны. А электролит — средний слой — представляет собой расплавленную соль, которая переносит заряженные частицы, но не смешивается с материалами сверху или снизу. Из-за различий в плотности и несмешиваемости трех материалов они естественным образом распадаются на три отдельных слоя и остаются отдельными во время работы батареи.

Преимущества перехода на ликвидность

Этот новый подход дает ряд преимуществ. Поскольку компоненты являются жидкими, передача электрических зарядов и химических составляющих внутри каждого компонента и от одного к другому происходит сверхбыстро, что позволяет быстро протекать большим токам в батарею и из нее. Когда батарея разряжается, верхний слой расплавленного металла становится тоньше, а нижний — толще. Когда он заряжается, толщина меняется на противоположную. «Здесь нет никаких стрессов», — отмечает Садоуей.«Вся система очень гибкая и принимает форму контейнера». В то время как твердые электроды со временем склонны к растрескиванию и другим формам механических повреждений, жидкие электроды не разрушаются в процессе эксплуатации.

Действительно, каждый раз, когда батарея заряжается, ионы из верхнего металла, осажденные в нижнем слое, возвращаются в верхний слой, очищая электролит в процессе. Восстановлены все три компонента. Кроме того, поскольку компоненты естественным образом разделяются, нет необходимости в мембранах или разделителях, которые подвержены износу.Жидкостная батарея должна выполнять множество зарядок и разрядов, не теряя емкости и не требуя технического обслуживания или ремонта. А саморазлагающийся характер жидких компонентов может способствовать более простому и менее дорогостоящему производству по сравнению с обычными батареями.

Выбор материалов

Для Садоуея и тогдашнего аспиранта Дэвида Брэдвелла Менга ’06, доктора философии ’11 стояла задача выбрать лучшие материалы для новой батареи, особенно для электродов.Существуют методы прогнозирования поведения твердых металлов в определенных условиях. Но эти методы «не представляли для нас никакой ценности, потому что мы хотели моделировать жидкое состояние», — говорит Садоуей, — и никто другой не работал в этой области. Поэтому ему пришлось опираться на то, что он называет «информированной интуицией», основанной на его опыте работы в электрометаллургии и преподавании большого класса химии для первокурсников.

Чтобы снизить затраты, Садовей и Брэдвеллу потребовалось использовать материалы электродов, которые были недороги и долговечны, а также были доступны на Земле.Чтобы достичь высокого напряжения, им пришлось соединить сильный донор электронов с сильным акцептором электронов. Верхний электрод (донор электронов) должен иметь низкую плотность, а нижний электрод (акцептор электронов) — высокую. «К счастью, — говорит Садовей, — из-за того, как устроена таблица Менделеева, сильные электроположительные [донорные] металлы имеют низкую плотность, а сильные электроотрицательные [акцепторные] металлы имеют высокую плотность» (см. Рис. 2 в слайд-шоу выше). И, наконец, все материалы должны были быть жидкими при практических температурах.

В качестве первой комбинации Садовей и Брэдуэлл выбрали магний для верхнего электрода, сурьму для нижнего электрода и смесь солей, содержащую хлорид магния, в качестве электролита. Затем они построили прототипы своей ячейки — и они работали. Три жидких компонента самосегрегировались, и батарея работала так, как они и предполагали. Вдохновленные своим успехом, в 2010 году они вместе с Луисом Ортисом SB ’96, доктором наук ’00, также бывшим членом исследовательской группы Садоуэя, основали компанию, первоначально названную Liquid Metal Battery Corporation, а затем Ambri, для продолжения развития и масштабирования. вверх по новой технологии.

Еще нет

Но возникла проблема. Чтобы компоненты не расплавились, батарея должна была работать при 700 градусах Цельсия (1292 градуса по Фаренгейту). Работа в таком горячем состоянии потребляла часть электрической мощности батареи и увеличивала скорость, с которой вторичные компоненты, такие как стенка ячейки, подвергались коррозии и деградации. Поэтому Садоуей, Брэдуэлл и их коллеги из Массачусетского технологического института продолжили поиск активных материалов.

Первые результаты химии элементов из магния и сурьмы ясно продемонстрировали жизнеспособность концепции жидкометаллических батарей; в результате исследования на территории кампуса получили более 11 миллионов долларов от спонсоров, включая Total и U.S. Программа ARPA – E Министерства энергетики. Приток долларов на исследования позволил Садоуей увеличить исследовательскую группу в Массачусетском технологическом институте до почти 20 студентов и аспирантов, а также докторов наук, готовых принять вызов.

Через несколько месяцев команда начала выпускать новые варианты химии на основе различных материалов с более низкими температурами плавления. Например, вместо сурьмы они использовали свинец, олово, висмут и сплавы подобных металлов; а вместо магния они использовали натрий, литий и сплавы магния с такими металлами, как кальций.Вскоре исследователи поняли, что они не просто искали новый химический состав батарей. Вместо этого они открыли новую аккумуляторную «платформу», на которой могло появиться множество потенциально коммерчески жизнеспособных технологий ячеек с рядом атрибутов.

Новый химический состав элементов показал значительное снижение рабочей температуры. Ячейки из натрия и висмута работали при 560 градусах Цельсия. Литиевые и висмутовые элементы работали при 550 C. А батарея с отрицательным электродом из лития и положительным электродом из сплава сурьма-свинец работала при 450 C.

Работая с последней комбинацией, исследователи наткнулись на неожиданное электрохимическое явление: они обнаружили, что они могут поддерживать высокое напряжение на ячейке их оригинального электрода из чистой сурьмы с новой версией сурьмяно-свинцового электрода — даже когда они составили такой состав, как 80 процентов свинца, чтобы снизить температуру плавления на сотни градусов.

«К нашему приятному удивлению, добавление свинца в сурьму не привело к снижению напряжения, и теперь мы понимаем почему», — говорит Садовей.«Когда литий входит в сплав сурьмы и свинца, литий предпочтительно вступает в реакцию с сурьмой, потому что это более плотная связь. Поэтому, когда литий [из верхнего электрода] попадает в нижний электрод, он игнорирует свинец и связывается с сурьмой ».

Это неожиданное открытие напомнило им, как мало известно в этой новой области исследований, а также предложило исследовать новый химический состав клеток. Например, недавно они собрали экспериментальный элемент с использованием положительного электрода из сплава свинец-висмут, отрицательного электрода из металлического натрия и нового электролита из смеси гидроксид-галогенид. Элемент работал при температуре всего 270 ° C — более чем на 400 ° C ниже, чем у исходной магниево-сурьмяной батареи, сохраняя при этом ту же новую конструкцию элемента, состоящую из трех естественно разделяющихся слоев жидкости.

Роль новой технологии

Платформа жидкометаллических батарей предлагает необычное сочетание функций. В общем, батареи характеризуются тем, сколько энергии и сколько мощности они могут обеспечить. (Энергия — это общий объем работы, которую можно выполнить; мощность — это то, насколько быстро работа выполняется.В общем, по одному показателю технологии работают лучше, чем по другому. Например, в случае конденсаторов быстрая доставка обходится дешево, а обильное хранение — дорого. С гидроэнергетикой все наоборот.

Но для хранения в масштабе сети важны обе возможности, а жидкометаллическая батарея потенциально может делать и то, и другое. Он может накапливать много энергии (скажем, достаточно, чтобы продержаться во время отключения электроэнергии) и быстро доставлять эту энергию (например, для мгновенного удовлетворения спроса, когда облако проходит перед солнцем).В отличие от литий-ионного аккумулятора, он должен иметь долгий срок службы; и, в отличие от свинцово-кислотного аккумулятора, он не будет разрушаться при полной разрядке. И хотя сейчас он кажется более дорогим, чем гидроэлектростанция, аккумулятор не имеет ограничений в отношении того, где его можно использовать. При использовании гидроаккумулятора вода закачивается вверх в резервуар, а затем выпускается через турбину для выработки энергии, когда это необходимо. Поэтому для установок требуется как склон холма, так и источник воды. Жидкометаллическую батарею можно установить практически где угодно.Нет необходимости в холме или воде.

Вывод на рынок

Амбри спроектировал и построил завод по производству жидкометаллических батарей в Мальборо, Массачусетс. Как и ожидалось, производство простое: просто добавьте электродные металлы и соль электролита в стальной контейнер и нагрейте банку до указанной рабочей температуры. Материалы плавятся в аккуратные жидкие слои, образуя электроды и электролит. Процесс производства ячеек был разработан и внедрен и будет постоянно совершенствоваться.Следующим шагом будет автоматизация процессов объединения многих ячеек в крупноформатную батарею, включая силовую электронику.

Ambri не разглашает, какой химический состав жидкометаллических батарей он коммерциализирует, но говорит, что работает над тем же химическим составом в течение последних четырех лет. По словам Брэдвелла, ученые и инженеры Ambri построили более 2500 жидкометаллических аккумуляторных элементов и выполнили тысячи циклов заряда-разряда с незначительным уменьшением количества хранимой энергии.Эти демонстрации подтверждают первоначальный тезис Садоуэя и Брэдвелла о том, что полностью жидкостная батарея будет иметь более высокую производительность, чем твердотельные альтернативы, и сможет работать в течение десятилетий.

Исследователи

Ambri сейчас решают одну последнюю инженерную задачу: разработать недорогое и практичное уплотнение, которое предотвратит попадание воздуха в каждую отдельную ячейку, что обеспечит годы работы при высоких температурах. Как только необходимые уплотнения будут разработаны и протестированы, начнется производство аккумуляторов.Исследователи планируют доставить прототипы для полевых испытаний в нескольких местах, включая Гавайи, где много солнечного света, но выработка электроэнергии по-прежнему зависит от сжигания дорогостоящего дизельного топлива. Одно из таких мест — военно-морская база Перл-Харбор на острове Оаху. «Вызывает беспокойство то, что наши военные базы полагаются на гражданскую энергосистему», — говорит Садоуей. «Если эта сеть выйдет из строя, база должна включить дизельные генераторы, чтобы заполнить пробел. Таким образом, база может быть без электричества около 15 минут, что, вероятно, достаточно, чтобы нанести серьезный ущерб.«Новая батарея может сыграть ключевую роль в предотвращении такого исхода.

Тем временем, вернувшись в лабораторию, исследователи Массачусетского технологического института продолжают исследовать другие химические составы ядра жидкой батареи. На самом деле, Садовей говорит, что его команда уже разработала альтернативную конструкцию, которая предлагает еще более низкие рабочие температуры, больше накопленной энергии, более низкую стоимость и более длительный срок службы. Учитывая общее отсутствие знаний о свойствах и потенциальном использовании жидких металлов, Садовей считает, что в этой области все еще могут быть крупные открытия.Результаты их экспериментов «открыли двери для целого ряда других решений, которые мы сделали», — говорит Садоуи. «Это было действительно круто».

Это исследование было поддержано Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA – E) и французской энергетической компанией Total, постоянным членом MIT Energy Initiative. Первыми его сторонниками были Центр Дешпанде, Фонд семьи Чесонис, Тоталь и ARPA-E.

Эта статья опубликована в осеннем выпуске журнала « Energy Futures », выпущенного MIT Energy Initiative, за 2015 год.

Перезаряжаемые сурьмяно-алюминиевые батареи большой емкости — IOPscience

С непрерывным развитием человеческого общества продолжают потребляться ископаемые источники энергии, такие как уголь, нефть и природный газ, что также вызывает серьезные проблемы с загрязнением окружающей среды. ^1,2 Следовательно, необходимо разрабатывать новые чистые источники энергии, такие как энергия ветра и солнечная энергия, но они не удобны для применения. Разработка аккумуляторных батарей с высокой плотностью энергии, низкой стоимостью и повышенной безопасностью имеет важное значение для устойчивого развития энергетики будущего.В последние годы литий-ионные батареи обладают высокой плотностью энергии и длительным сроком службы, что является идеальным выбором для крупномасштабных систем хранения энергии. ^3,4 Однако корка ресурсов лития невысока. ⁵ Согласно японским отчетам, если 50% автомобилей будет заменено электромобилями, потребуется 7,9 мегатонн металлического лития. Это значение эквивалентно 40 мегатоннам карбоната лития, что близко к запасам мировых ресурсов. ⁶ Следовательно, возникнет кризис при использовании литий-ионных батарей для крупномасштабных систем хранения энергии, таких как электромобили и резервные энергосистемы.

С другой стороны, ионные батареи Na ⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ , Mg ²⁺ и Al ³⁺ широко изучались из-за их более высокого содержания в корке. ^7–11 Для сравнения, ионы Al ³⁺ имеют более высокую теоретическую удельную емкость (2980 мАч g ⁻¹ 8040 мАч см ⁻³ ), алюминиевые батареи могут стать альтернативой устройствам для крупномасштабного накопления энергии. В настоящее время материалы положительного электрода для алюминиевых батарей включают углеродные материалы, оксиды, сульфиды и селениды переходных металлов. ^12–20 Однако их емкость хранения ограничена присущей им ограниченной способностью к хранению и растворению активных материалов. Есть еще несколько исследований, в которых сообщается о материалах халькогенных элементов, таких как S, Se и Te, для материалов положительных электродов в алюминиевых батареях. ^21–25 Однако механизм электрохимических процессов для этих электродов все еще неясен, что связано с отсутствием достаточных характеристик процесса.

Для решения проблемы в этой работе в качестве положительного электрода для сборки алюминиевых батарей использовался металлоид Sb.Электрохимические характеристики батарей были изучены. При плотности тока 300 мА · г ^-1 удельная разрядная емкость может по-прежнему достигать 100 мА · ч · г ^-1 после 1000 циклов. Что еще более важно, рамановский тест in situ впервые был использован для обнаружения окислительно-восстановительной реакции в процессе заряда и разряда, что позволило глубже понять механизм накопления энергии положительного электрода Sb. Эта работа демонстрирует новый тип высокоэффективного материала положительного электрода, а также дает новое представление об их накоплении энергии и механизме емкости.

Подготовка материалов

Сырье, безводный AlCl ₃ , использованное в данной работе, было закуплено у Sinopharm (Пекин, Китай), 1-этил-3-метилимидазолий хлорид ([EMIm] Cl) получен у Beijing HWRK Chem Co. , Ltd. (Пекин, Китай) и ацетиленовая сажа была приобретена у XFNANO Co., Ltd. (Нанкин, Китай), сурьма была предоставлена ​​в Beijing Jiaming Molybdenum Co., Ltd. Материал коллектора тока, танталовая фольга (4 Н, толщина 0,01 мм) был приобретен у Rare Metals Co., Ltd. (Хэбэй, Китай). Все химические вещества были аналитической чистоты и использовались напрямую без какой-либо очистки.

Приготовление электролита

Перчаточный ящик, заполненный аргоном, был снабжен электролитом, в котором парциальное давление кислорода было менее 0,1 ppm, а парциальное давление воды было менее 0,1 ppm. Электролит представлял собой ионную жидкость, состоящую из безводного хлорида алюминия (AlCl ₃ ) и хлорида 1-этил-3-метилимидазола ([EMIm] Cl) с молярным соотношением 1.3: 1. Некоторое количество [EMIm] Cl добавляли в коническую колбу, и безводный AlCl ₃ медленно добавляли в коническую колбу, содержащую [EMIm] Cl. В этом процессе требовалось постоянное перемешивание для обеспечения теплоотдачи. Наконец, был получен светло-желтый ионный жидкий электролит.

Приготовление модифицированного сепаратора

Ацетиленовая сажа (AB) (5 мг) и 0,5 мг поливинилиденфторида (PVDF) добавляли в 20 мл N-метилпирролидона (NMP), а затем проводили ультразвуковую обработку в течение 2 часов, чтобы убедиться, что ацетиленовая сажа могла полностью диспергироваться.AB был адсорбирован на GF / A с помощью вакуумной фильтрации с отсасыванием, и модифицированный сепаратор был подготовлен для использования в батареях.

Приготовление положительного электрода

Порошок сурьмы использовали в качестве активного материала батареи, ацетиленовую сажу в качестве проводящего материала и PVDF в качестве связующего, диспергировав в N-метилпирролидоне в соответствии с массовым соотношением 6: 3: 1. Приготовленную суспензию нанесли на танталовую собирающую жидкость и высушили в печи при 60 ° C в течение не менее 12 часов для удаления растворителя (масса загрузки: 0.60 мг · см ^-2 , толщина: 0,1 мм). Кроме того, был изготовлен полюсный наконечник другого типа, который был покрыт дополнительным слоем ацетиленовой сажи (AB: PVDF = 5: 1) и высушен в печи при 60 ° C.

Электрохимические испытания

В этой работе сурьмяный электрод использовался в качестве рабочего электрода, алюминиевая фольга использовалась в качестве противоэлектрода и электрода сравнения, а [EMIm] Al _x Cl _y использовался в качестве электрода. электролит. Мягкая батарея была собрана для соответствующих электрохимических испытаний.Испытания циклической вольтамперометрии проводились на CHI1140 со скоростью сканирования 1,0 мВ с ^-1 в диапазоне напряжений 0,01-2,3 В. Измерения спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) (CHI 660e) проводились в диапазоне частот от 100 до 100 Гц. от кГц до 1 Гц при 0-м и 50-м циклах. Используя испытательную систему Neware BTS-53, испытание заряда и разряда постоянным током было проведено в диапазоне напряжений 0,01–2,0 В относительно Al / Al ³⁺ при комнатной температуре.

Характеристики

Сырье и продукты после загрузки и разряда были охарактеризованы дифракцией рентгеновских лучей (XRD, Rigaku, D / max-RB) с волной CuK α , а также были определены удельная площадь поверхности и диаметр пор. измерено методом адсорбции N2 (Micromeritics, ASAP 2460).Морфологию сырья наблюдали с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (FE-SEM, JEOL, JSM-6701F) и просвечивающего электронного микроскопа (TEM, JEOL, JEM-2010), оборудованного энергодисперсионным спектрометром (EDX). Рамановский спектр измеряли при лазерном возбуждении при 532 нм (HORIBA, LabRAMHREvolution). Между тем, элементные валентности Sb и активных материалов после тестирования были исследованы с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS, спектрометр Kratos AXISUlTRA-DLD с использованием источника Al K α ).

Были проведены различные исследования для характеристики материалов, выбранных для электродов. Были выполнены XPS и рамановские характеристики, которые показали наличие сильного пика при 532,1 эВ, который может быть отнесен к Sb (рис. 1a). ²⁶ Рамановский спектр с двумя пиками при 109 см ⁻¹ и 147 см ⁻¹ наблюдался на рис. 1b, который можно было проиндексировать как Sb. ^27,28 Кроме того, из XRD-спектра Sb (рис. 2a) дифракционные пики образца расположены на 28.7 °, 40,1 °, 41,9 °, 51,6 °, 41,9 и 68,6 °, которые можно индексировать к плоскостям (012), (104), (110), (202) и (122) Sb (JCPDS 85-1322). ) соответственно. Нет выраженных пиков, что указывает на то, что Sb, используемый в батарее, имеет более высокую чистоту. Для дальнейшего анализа морфологических характеристик активного материала Sb были проведены измерения SEM и TEM. Порошок сурьмы представлял собой крупноразмерные частицы неправильной формы (рис. 2б, 2в). Изображение с просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения (HRTEM) на рис.2d показано расстояние между слоями 0,311 нм, что соответствует расстоянию d для плоскостей (122) кристалла Sb. На рис. 2е представлена ​​диаграмма дифракции на выбранной площади (SAED) Sb, подтверждающая, что Sb находится в поликристаллической форме. Удельную поверхность и пористость Sb охарактеризовали методом абсорбции-десорбции газа N ₂ (рис. 2е). Образец демонстрирует изотерму физической адсорбции IV типа в соответствии с классификацией Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC).Результаты показывают структуру мезопор, а удельная поверхность составляет 1,215 м ² г ^-1 с использованием метода БЭТ. Кроме того, многочисленные мезопоры имеют центр около 3,832 нм, а объем мезопор, полученный с помощью метода BJH, составляет 0,007 см 3 г ^-1 (рис. 2g).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. (а) XPS-спектр чистого Sb. (б) Рамановский спектр чистого Sb.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. (a) Рентгенограммы образца и стандартный спектр XRD Sb. (б) СЭМ изображения Sb. TEM (c), HRTEM (d) и соответствующие изображения SAED (e) свежеприготовленного Sb. (е) N ₂ графики изотермы адсорбции / десорбции Sb. (g) Распределение микропор по размерам и общий объем мезопор образцов, рассчитанные с использованием метода BJH.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Во-первых, Sb был выбран в качестве материала положительного электрода для сборки алюминиево-ионных аккумуляторов с отрицательными электродами из алюминиевой фольги. На рисунке 3a показана кривая циклической вольтамперометрии (CV) с Sb между 0 и 2,3 В и скоростью сканирования 1 мВ с ^-1 . Есть пара пиков окислительно-восстановительного потенциала при 1,2 В и 0,7 В. На рисунке 3b показаны кривые заряда / разряда Sb между 0,01 В и 2,0 В при плотности тока 300 мА g ^-1 .Во втором цикле могут быть получены зарядная емкость 150 мАч g ^-1 и разрядная емкость 120 мАч g ^-1 , что указывает на кулоновский КПД 80%. По мере продвижения цикла было обнаружено, что кулоновский КПД постепенно увеличивается, достигая более 99% в четвертом цикле. На рисунке 3c показана циклическая работа Sb в качестве положительного электрода. Можно обнаружить, что разрядная емкость быстро падает в течение первых 10 циклов. С увеличением количества циклов разрядная емкость постепенно оставалась стабильной.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. (a) CV-кривые Sb при скорости сканирования 1 мВ с ⁻¹ . (б) Кривые заряда / разряда Sb. (c) Циклические характеристики Sb в диапазоне потенциалов 0,01–2,0 В при плотности тока 300 мА g ^–1 .

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Чтобы исследовать механизм реакции сурьмы как материала положительного электрода алюминиевых батарей, в этой работе были выполнены различные характеристики.На рис. 4а представлены спектры комбинационного рассеяния света для Sb-электрода in situ. В начале зарядки пики комбинационного рассеяния при 110 см ^-1 и 148 см ^-1 могут быть отнесены к Sb. ^27–29 В процессе зарядки пик на 110 см ^–1 исходного Sb исчез. Пик на 148 см ⁻¹ был ослаблен, и появились новые пики между 100 см ⁻¹ и 200 см ⁻¹ . Увеличенный вид показан на рис. 4b, новые пики появляются на 121,2 см ⁻¹ , 112.9 см ⁻¹ , 136,9 см ⁻¹ , 158,9 см ⁻¹ и 163,3 см ⁻¹ . Все пики можно отнести к SbCl ₃ . ^30,31 Кроме того, новые пики также появились на 170,8 см ⁻¹ и 178,8 см ⁻¹ , которые могут быть проиндексированы как SbCl ₆ ^— и SbCl ₅ соответственно. ^31,32 Приведенные выше результаты предполагают, что SbCl ₃ и SbCl ₅ будут образовываться в реакции окисления Sb во время процесса зарядки.Однако SbCl ₅ нестабилен, который реагирует с AlCl ₃ с дальнейшим образованием Al (SbCl ₆ ) ₃ во время зарядки. В процессе разряда интенсивность новых пиков постепенно ослаблялась, а интенсивность пика Sb постепенно возрастала, что указывает на то, что SbCl ₃ и SbCl ₅ уменьшаются до Sb в процессе разряда.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 4. (а) Рамановские спектры in situ Sb-электрода. (б) Частичное увеличение (а). Ex situ данные РФЭС пиков Sb 3d для заряженного Sb (c), разряженного Sb (d).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Процесс реакции был дополнительно подтвержден с помощью анализа ex situ XPS. На рисунке 4c показан XPS-спектр Sb 3d, когда он был заряжен до 1,3 В. Можно видеть, что есть два сильных пика при 540,2 эВ и 530,8 эВ, которые можно отнести к пику Sb ³⁺ SbCl _3. .Когда он был разряжен до 0,7 В, два вышеупомянутых пика исчезают и появляется новый пик при 532,2 эВ. Этот новый пик можно отнести к пику Sb (рис. 4d). Результаты анализа XPS согласуются с результатами Рамановского рассеяния in situ.

Как показано на рис. 5а и 5б продукт реакции анализировали с помощью ПЭМ. После зарядки и разрядки морфология фазы существенно не изменилась, и они все еще были крупными частицами. Дальнейший анализ заряженного продукта с помощью HRTEM и SAED показывает, что заряженный продукт переходит из исходной поликристаллической формы в монокристаллическую.На рисунках 5c и 5d показаны модели HRTEM и SAED продукта выгрузки. После процесса разряда фаза изменилась на поликристаллическую форму с шагом решетки 0,140 нм, что соответствует плоскостям (211) исходного активного материала Sb. Изображение HRTEM показывает, что шаг решетки составляет 0,3220 нм, что согласуется с плоскостями (121) SbCl ₃ (рис. 5e, 5f).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 5. ПЭМ-изображения электрода после разряда (а) и зарядки (б). Изображения электрода с помощью HRTEM и SAED после разряда (c), (d) и зарядки (e), (f).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

На основании приведенного выше анализа реакции материала положительного электрода Sb в алюминиевых батареях могут быть описаны следующим образом:

Известно, что теоретическая удельная емкость Sb рассчитана как 660 мАч g ^-1 . Однако фактическая разрядная емкость может достигать только 12 мАч g ⁻¹ .Из механизма реакции можно узнать, что необратимая реакция между SbCl ₅ и AlCl ₃ вызывает снижение емкости, и основная реакция происходит между Sb и SbCl ₃ в течение всего процесса реакции. Чтобы выяснить причину, порошки Sb и SbCl ₃ были добавлены в бутыль с электролитом с последующим отстаиванием в течение 24 часов. Электролит больше не был бледно-желтым и стал черным, потому что сурьма растворялась в электролите.В то же время для SbCl ₃ очевидных изменений нет (рис. 6а). Следовательно, основной причиной снижения емкости является растворение исходного активного материала.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. (a) Сравнение до и после добавления Sb, SbCl ₃ в электролит. (б) Принципиальная схема приготовления модифицированного сепаратора. (c) Кривые заряда / разряда Sb-AB.(d) Циклические характеристики Sb-AB в диапазоне потенциалов 0,01–2,0 В при плотности тока 300 мА g ^–1 .

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Согласно предыдущим исследованиям, слой ацетиленовой сажи на обычном сепараторе GF / A эффективен для уменьшения растворения активных материалов. На рис. 6б представлена ​​принципиальная схема приготовления модифицированных сепараторов. На рисунках 6c, 6d показаны электрохимические характеристики Sb, собранного с модифицированным сепаратором (Sb-AB), а удельная разрядная емкость второго цикла была немного увеличена со 150 мАч g ^-1 до 180 мАч g ^-1 ( Инжир.6в). После 200 циклов удельная разрядная емкость стабилизируется на уровне 60 мАч g ⁻¹ , что в 5 раз выше, чем у без модифицированного сепаратора (рис. 6d). Это также показывает, что использование сепаратора может эффективно собирать растворенный Sb с электрода, тем самым улучшая удельную разрядную емкость. Помимо внедрения модифицированных сепараторов, предлагается другая конструкция электродов, показанная на рис. 7а. После нанесения активного материала на танталовую фольгу на активные материалы наносят слой ацетиленовой сажи для дальнейшего ингибирования растворения (обозначается как SA).На рис. 7b представлены изображения SEM и EDS части пластины положительного электрода, причем весь электрод состоит из трех слоев. Ацетиленовая сажа покрывала поверхность электрода толщиной около 50 мкм мкм. На рис. 8а показаны кривые заряда и разряда батареи при плотности тока 300 мА г ^-1 . Платформы заряда и разряда соответствуют таковым у чистого Sb. Зарядная емкость второго цикла составляет 331 мАч g ⁻¹ , а разрядная емкость — 325 мАч g ⁻¹ .По сравнению с двумя предыдущими конструкциями батарей первоначальная удельная емкость такой батареи была значительно улучшена. Кроме того, была проведена скорость выполнения (рис. 8b). С увеличением плотности тока удельная емкость немного уменьшается из-за увеличения поляризации. Когда плотность тока возвращается к исходной, соответствующая удельная емкость может быть восстановлена, что свидетельствует о хороших скоростных характеристиках. На рисунке 8c показаны характеристики циклического включения SA в диапазоне потенциалов 0.01–2,0 В при плотности тока 300 мА g ⁻¹ . После 500 циклов удельная емкость разряда достигла 60 мАч g ⁻¹ . По сравнению с батареями, использующими обычные сепараторы GF / A, удельная емкость была значительно увеличена.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. (а) Принципиальная схема изготовления электрода. (б) СЭМ и ЭДС изображения поперечного сечения электрода.(c) Принципиальная схема конструкции батареи.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. (a) Кривые заряда / разряда SA. (b) Скоростные характеристики положительного электрода SA от 300–1000 мА г ^–1 (c) Циклические характеристики SA в диапазоне потенциалов 0,01–2,0 В при плотности тока 300 мА г ^–1 .

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Благодаря использованию сепаратора емкость может быть эффективно увеличена, а модификация электрода может эффективно увеличить срок службы. Новая система конструкции батареи была сконструирована, как показано на рис. 7c. Алюминиевая фольга, GF / A-AB и Ta-Sb-AB использовались в качестве отрицательного электрода, разделителя и положительного электрода соответственно (SA-AB).

Рисунок 9a представляет собой CV аккумуляторов с разной структурой электродов, и может быть получена пара пиков окислительно-восстановительного потенциала.Обратите внимание, что положение пика не меняется, в то время как пиковый ток SA-AB значительно выше, чем у двух других, что также предварительно предполагает, что двойная защита как на сепараторе, так и на электроде может эффективно улучшить электрохимические характеристики батарей. На рисунке 9b показаны кривые заряда-разряда SA-AB при плотности тока 300 мА g ^-1 . Платформа заряда-разряда практически не изменилась, но увеличена зарядно-разрядная емкость. Емкость заряда во втором цикле составила 544 ед.4 мАч g ⁻¹ , а разрядная емкость составила 479,2 мАч g ⁻¹ . После 1000 циклов разрядная емкость стабилизировалась на уровне 100 мАч g ^-1 (рис. 9c). По сравнению с заявленными электрохимическими характеристиками положительных материалов для алюминиевых батарей, материалы на основе ^{12,13,16,33–38} Sb в этой работе демонстрируют конкурентоспособную емкость и долгосрочную стабильность при циклическом воздействии, как показано в Таблице I. Работоспособность СА-АБ исследовалась при различных плотностях тока (рис.9г). Разрядная емкость постепенно уменьшается с увеличением плотности тока. Когда плотность тока вернулась к 300 мА g ^-1 , разрядная емкость почти вернулась к исходному уровню.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. (a) CV-кривые Sb, SA и SA-AB при скорости сканирования 1 мВ с ⁻¹ . (б) Кривые заряда / разряда SA-AB. (c) Циклическая характеристика SA-AB в диапазоне потенциалов 0.01–2,0 В при плотности тока 300 мА g ⁻¹ . (d) Скоростная характеристика положительного электрода SA-AB от 300–1000 мА г ^–1 . (e) EIS SA-AB на 0-м и 50-м циклах.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Таблица I. Приведено сравнение электрохимических характеристик Sb с другими материалами положительного электрода.

Катодные материалы	Электролит (мольное соотношение)	Плотность тока (мА г −1 )	Начальная разрядная емкость (мА · ч г −1 )	Остаточная емкость (мА ч г −1 )	Номер цикла
Сб	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1.3: 1)	300	331	100	1000
Ni 3 S 2 12	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1,3: 1)	100	350	60	100
CuS @ C 13	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1,3: 1)	20	240	90	100
ВО 2 16	AlCl 3 — [BMIm] Cl (1: 1)	50	165	116	100
NiS 33	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1. 3: 1)	200	104	104	100
G-SnS 2 34	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1,3: 1)	200	270	70	100
Co 9 S 8 @ CNT-CNF 35	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1,3: 1)	1000	115	87	6000
VS 4 / rGO 36	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1.3: 1)	100	406	80	100
В 2 O 5 37	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1,1: 1)	125	305	273	20
CuO 38	AlCl 3 — [EMIm] Cl (1,3: 1)	50	250,12	130	100

Чтобы лучше понять разницу в электрохимических свойствах между Sb, Sb-AB, SA и SA-AB, были измерены спектры электрохимического импеданса (EIS) (рис. 9д и 10). R _s представляет импеданс электролита, а R _ct представляет импеданс электрохимической реакции (импеданс переноса заряда между электродом и границей раздела электролита). Каждый EIS состоит из вдавленного полукруга в области высоких частот и диагональной линии в области низких частот. По сравнению с рис. 9e и 10 сопротивление электролита R _s изменяется незначительно.При использовании обычного сепаратора R _ct батареи составляет 38 Ом. После использования модифицированного сепаратора на спектре импеданса видны две нерегулярные сплюснутые кружки в высокочастотной области, которые представляют импеданс контакта и импеданс переноса заряда. R _ct упало с 38 до 10 Ом, что указывает на то, что модифицированный сепаратор может улучшить скорость прохождения ионов. По сравнению с Sb и SA после нанесения слоя ацетиленовой сажи на поверхность электрода практически не наблюдалось влияния на импеданс электрохимической реакции батареи.После 50 циклов не было очевидного изменения R _s , а увеличение R _ct было очень ограниченным, что позволяет предположить, что граница раздела между электродом и электролитом оставалась стабильной и имела высокий кинетика заряда и массопереноса.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 10. (а) EIS Sb на 0-м и 50-м циклах.(б) Частичное увеличение (а). (c) EIS Sb-AB на 0-м и 50-м циклах. (d), (e) Частичное увеличение (c). (f) EIS Sb-ab на 0-м и 50-м циклах. (g) Частичное увеличение (f).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

В данной работе сурьма использовалась в качестве положительного электрода в ионно-алюминиевых батареях для повышения удельной емкости. Степень использования Sb может быть эффективно улучшена за счет модифицированного сепаратора и нанесения защитного слоя на поверхность электрода. При плотности тока 300 мА · ч · ^-1 разрядная емкость может по-прежнему достигать 100 мА · ч · г ^-1 после 1000 циклов. Как правило, спектроскопия комбинационного рассеяния in situ использовалась для анализа механизма электрохимического процесса, что позволяет по-новому взглянуть на конструкцию электродов для растворимых материалов. Комбинация результатов в этом исследовании обеспечивает эффективный путь для изучения механизма алюминиевых батарей, а также более рациональной конструкции батарей.

Ambri вводит в действие свою кальций-сурьмяную батарею? Китай может установить 75 ГВт солнечной энергии в следующем году — журнал pv USA

Также: Несмотря на радужные прогнозы, создание проектов по хранению энергии с конкурентоспособной экономикой было труднодостижимой задачей.Кроме того, инновации в дизайне тарифов ускоряют переход на энергоносители, и Plug Power привлекает 1 миллиард долларов на строительство экологически чистой водородной инфраструктуры в США.

28 ноября 2020 г. Eric Wesoff

Ambri планирует установить 250 МВтч своей кальциево-сурьмяной батареи в приложении центра обработки данных в проекте TerraScale Energos Reno, начиная с 2021 года. Ambri — дочерняя компания MIT, которая угрожает построить и развернуть недорогую долговечную жидкометаллическую батарею на срок более десяти лет.Технология Амбри основана на исследованиях Дональда Садоуея из Массачусетского технологического института и основана на экономии за счет масштаба в современной электрометаллургии и алюминиевом заводе. Компания привлекла более 50 миллионов долларов венчурного капитала от инвесторов, включая семейный офис Карен Прицкер и Майкла Флока, Khosla Ventures, Билла Гейтса и французскую энергетическую компанию Total.

Китай, который уже является крупнейшим производителем и установщиком солнечных фотоэлектрических систем в мире, по прогнозам удвоит свою ежегодную установку солнечной энергии до 85 ГВт , поскольку он наращивает усилия по достижению цели по выбросам на 2060 год. Аналитики и близкие к Китаю отраслевые обозреватели из HSBC говорят в новом отчете, что солнечные установки в Китае могут вырабатывать от 75 до 85 ГВт в год в течение 14-го пятилетнего плана, который охватит период с 2021 по 2025 год и который составляет основу центральное планирование китайского правительства. Это значительно выше, чем предыдущая мощность от 30 до 50 ГВт в год за последние пять лет, и может привести к сокращению объемов новых угольных электростанций. Источник : Renew Economy

Инновации в дизайне тарифов ускоряют переход на энергоносители: Три пилотных проекта по введению новых ставок TOU, принадлежащих инвесторам из Мэриленда, значительно сократили пиковый спрос и счета клиентов, согласно оценке Brattle Group за сентябрь 2020 года.Мэриленд был готов к новым тарифам, потому что он развернул интеллектуальные счетчики, его клиенты были знакомы с альтернативными тарифами, а распределенные энергоресурсы там растут, сказал директор Brattle Sanem Sergici, который руководил исследованием пилотных проектов. Эти состояния показали, что успех с тарифами TOU может позволить коммунальным предприятиям начать интегрировать более изменяемую и распределенную генерацию и привести к более сложным меняющимся во времени тарифам. Источник : Utility Dive

Plug Power привлекает 1 миллиард долларов для U.Строительство инфраструктуры зеленого водорода : Plug Power привлекла около 1 миллиарда долларов в сделке с приобретением долевого участия, чтобы построить то, что может стать первой в США сетью предприятий по производству зеленого водорода, которые будут поставлять автомобили на топливных элементах. Компания, крупнейший в стране пользователь водорода для топлива вилочных погрузчиков, также намеревается построить гигантский завод для расширения производства топливных элементов и электролизеров. Plug, основанная в 1997 году, поставляет топливные элементы для вилочных погрузчиков, работающих на складах Amazon, Walmart, DHL и Home Depot. Источник : Greentech Media

Это содержимое защищено авторским правом и не может быть использовано повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].

Жидкометаллический аккумулятор Ambri для использования в центре обработки данных в пустыне в Неваде

Некоторые сотрудники Ambri, сфотографированы в 2016 году. Изображение: Businesswire.

Технология «жидкометаллических» аккумуляторов, разработанная как потенциальный недорогой конкурент литий-ионным батареям, похоже, будет использоваться в строящемся центре обработки данных недалеко от Рино, Невада.

Между производителем Ambri и TerraScale, разработчиком устойчивых инфраструктурных решений для секторов энергетики и цифровых технологий, заключено соглашение о развертывании систем хранения энергии с использованием новых химических батарей.

Основанная профессором химии материалов Массачусетского технологического института Дональдом Садоуеем и частично профинансированная Биллом Гейтсом, Амбри разработала батарею, в которой используется анод из жидкого сплава кальция, расплавленный солевой электролит и катод из твердых частиц сурьмы.Компания утверждает, что это позволяет сократить количество этапов в процессе сборки ячейки при низкой стоимости материалов. Ambri также интегрирует батареи в контейнерную систему хранения энергии.

TerraScale тем временем разрабатывает проект под названием Energos Reno. Комплекс площадью 3700 акров недалеко от города Фернли в столичном районе Рино-Спаркс будет включать в себя микросеть с мощностью более 500 МВт возобновляемой энергии, обеспечивающей питание центра обработки данных, который, как ожидает TerraScale, будет использоваться государственными и коммерческими клиентами.

Возобновляемые ресурсы, к которым может обратиться Energos Reno, будут солнечными и геотермальными: на площадке уже построено 10 МВт солнечной генерации, которую TerraScale намеревается довести до 500 МВт и 23 МВт активной геотермальной энергии с номинальной мощностью 48 МВт. В то время как первая фаза проекта — строительство дорог и инженерных сетей, которые позволят разместить там устойчивый центр обработки данных, TerraScale заявила в пресс-релизе, что надеется, что центр обработки данных и его микросеть будут построены и завершены в течение 10 лет.

«Наши технологические партнеры центров обработки данных с нетерпением ждут внедрения технологии Ambri для создания надежных и отказоустойчивых систем хранения энергии большого объема с потенциально самой низкой ценой на хранение в отрасли», — сказал генеральный директор TerraScale Дэнни Хейс.

«Сотрудничество продолжается и включает поставку 250 МВт-ч систем Ambri для первого проекта TerraScale в Рино, штат Невада, начиная с 2021 года. Системы Ambri особенно хорошо подходят для работы в условиях высокогорной пустыни, для переноса большого количества возобновляемых источников энергии. — солнечная нагрузка и пиковая способность энергосистемы снижать нагрузку, — сказал коммерческий директор Ambri Адам Бриггс.

В гонке за коммерциализацию своей новой аккумуляторной технологии, Ambri входит в горстку игроков без проточных аккумуляторов, которые начинают расширять масштабы своих развертываний в качестве конкурентов литиевых. К ним относятся Eos Energy Storage, которая недавно заключила несколько гигаваттных контрактов с американскими разработчиками на свою цинково-водную батарею, и 24M, которая недавно подписала сделку с норвежским стартапом на производство литиевых батарей с полутвердыми электродами по лицензии. Японский производитель оборудования Kyocera также подписался на использование потенциально прорывной технологии литиевых батарей 24M в бытовых системах хранения энергии на японском рынке.

24M также был запущен профессором Массачусетского технологического института Йет-Мином Чиангом, который, в свою очередь, также участвовал в разработке Form Energy, которая недавно вышла из скрытого режима, рекламируя потенциал своей водной воздушной батареи, утверждая, что она может накапливать до 150 часов энергии. Form Energy также была поддержана техническим магнатом Биллом Гейтсом через фонд Breakthrough Energy Ventures бывшего руководителя Microsoft.

Тем временем

Ambri было выбрано подразделением NEC, занимающимся интеграцией систем хранения энергии со штаб-квартирой в Массачусетсе, в качестве потенциального технологического решения для проектов, требующих более четырех часов хранения, при этом NEC Energy Solutions объявила о минимальном заказе на покупку 200 МВтч ячеек от Амбри в 2019 году.Однако, несмотря на сильную позицию лидера на раннем этапе, NEC покинула отрасль хранения энергии в начале этого года.

Дональд Садовей из

Ambri заявил в последние несколько дней через Twitter, что батареи компании могут работать в пустыне «без необходимости кондиционирования воздуха или пожаротушения», и заявил, что «нет никаких сомнений в том, что жидкометаллические батареи могут подорвать литий-ионные, »И что технология« обеспечивает устойчивость к потере емкости и невосприимчивость к тепловому выходу из-под контроля, будучи изготовлена ​​из материалов, полученных из этичных источников.Все по самой низкой цене ».

Материалы на основе сурьмы как перспективные аноды для литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов

Сурьма (Sb) демонстрирует высокую проводимость и реакционную способность не только с ионами лития, но и с ионами натрия благодаря своей уникальной гофрированной слоистой структуре; кроме того, он может обеспечивать высокую теоретическую емкость 660 мА ч г ^-1 за счет образования Li ₃ Sb или Na ₃ Sb.По сравнению с графитом, Sb имеет гораздо более высокую теоретическую емкость и более безопасный реакционный потенциал; кроме того, он имеет более простой процесс реакции и меньшие изменения объема, чем Si, Ge и Sn. В этом исследовании подробно рассматривается недавний прогресс материалов на основе сурьмы, включая элементарные наноструктуры сурьмы, интерметаллические сплавы сурьмы и халькогениды сурьмы для литий-ионных и натрий-ионных батарей, а также их электродные механизмы, синтез, стратегии проектирования и электрохимические процессы. представление. Этот обзор направлен на то, чтобы представить полный спектр структур и свойств материалов на основе сурьмы и выделить эффективные стратегии разработки анодных материалов на основе сурьмы с высокими эксплуатационными характеристиками в области перезаряжаемых ионно-литиевых аккумуляторов.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова?

(PDF) Магний-сурьмянистый жидкометаллический аккумулятор для стационарного накопителя энергии

с измеренным сопротивлением раствора и наблюдаемыми ограничениями по массе —

.Эффективность работы может быть увеличена на

за счет уменьшения толщины электролита или на

при более низкой плотности тока. Производительность элемента

может быть оптимизирована путем изменения конструкции токосъемника, а в

— состава электролита для увеличения проводимости элемента.

Ячейки подвергались циклам более 30 раз в течение периода до 2

недель, и на них не было обнаружено явных признаков коррозии компонентов твердотельных элементов

(токосъемники и стенки), как определено

с помощью оптического изображения и сканирующая электронная

микроскопия (SEM) / энергодисперсионная спектроскопия (EDS)

анализ. Анализ положительных электродов клеток, которые были охлаждены в разряженном состоянии

, выявил присутствие тромбоцитов Mg

, что соответствует образованию Mg3Sb2 (рис. 4).

Фазовая диаграмма Mg-Sb показывает, что двухфазная структура микро-

должна ожидаться в результате разделения фаз, поскольку электрод

охлаждается из однофазного жидкого режима Mg-Sb

в двухфазный режим Sb и Mg3Sb2.

Для приложений стационарного хранения требуется, чтобы устройства

работали надежно в течение многих лет.В настоящем исследовании коррозия не была проблемой

. Однако после нескольких недель цикла ячейки

перестали работать. Наблюдаемой причиной отказа было

испарения расплавленного солевого электролита в окружающую

защитную емкость

, механизм, который можно было смягчить с помощью

альтернативных конструкций ячеек с уменьшенным свободным пространством.

Таким образом, была предложена полностью жидкостная батарея с металлическими электродами Mg и Sb Liquid

и продемонстрирована ее производительность

.Использование Sb в качестве положительного электрода

и самосегрегирующая природа жидких компонентов

могут позволить создать недорогое решение для накопления энергии. Ячейки подвергались циклическому циклу

в условиях постоянного тока, демонстрируя высокую плотность тока

и незначительную коррозию компонентов твердотельных элементов

за период испытаний.

Дальнейшая работа необходима для оценки долгосрочной производительности

предложенных ячеек, что может потребовать альтернативной конструкции ячеек

.В более крупном масштабе действие электрического тока

, протекающего через электролит, может генерировать

Джоулева тепла, достаточное для поддержания расплавления компонентов, таким образом,

устраняет необходимость во внешних нагревателях, как в случае с электролитическими ячейками

, производящими алюминий. в промышленных масштабах.

15

Будущие работы будут включать долгосрочные коррозионные испытания твердотельных компонентов

, оптимизацию коллектора тока и исследование

альтернативных материалов оболочки.Несмотря на то, что результаты начальных характеристик элемента

являются многообещающими, исследование других пар металл-металлоид

с еще более высокими напряжениями элемента и более низкими рабочими температурами

является оправданным. Если бы была обнаружена недорогая высоковольтная система

с достаточно низким уровнем коррозии, она могла бы найти применение в широком спектре стационарных систем хранения.

■ СВЯЗАННОЕ СОДЕРЖАНИЕ

*

SS Дополнительная информация

Экспериментальные процедуры, детали конструкции ячейки, профиль нагрева, выбор материалов

и дополнительные электрохимические результаты.Этот материал

доступен бесплатно в Интернете по адресу http: //

pubs.acs.org.

■ ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Автор для корреспонденции

[email protected]; [email protected]

Текущий адрес

†

Юридический факультет Университета Виктории, Виктория, Британская Колумбия,

Канада.

■ БЛАГОДАРНОСТИ

Финансовая поддержка от Технологического центра Дешпанде

Инновации при Массачусетском технологическом институте, Фонда семьи Чесонис при Массачусетском технологическом институте, Агентства перспективных исследовательских проектов

— Энергия (U.S. Department of

Energy) и компании Total, S.A. выражают признательность.

■ СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

(1) Программа передовых технологий хранения электроэнергии. Энергия

Технологии хранения: обзорный доклад; Австралийское управление теплиц,

Департамент окружающей среды и наследия: Содружество

Австралия, 2005.

(2) Deshpande, R.D .; Li, J .; Cheng, Y.T .; Verbrugge, M. W.

J. Electrochem. Soc. 2011, 158, А845.

(3) Кристенсен, Дж.; Ньюман, Дж. Дж. Электрохимия твердого тела. 2006,10,

293.

(4) Shimotake, H .; Роджерс, Г. Л .; Кэрнс, E. J. Ind. Eng. Chem. Процесс

Des. Dev. 1969, 8, 51.

(5) Cairns, E.J .; Shimotake, H. Prepr. Пап. Chem. Soc., Div.

Fuel Chem. 1967, 11 (3), 321.

(6) Shimotake, H .; Кэрнс, Э. Дж. В Слушаниях Межобщественной Энергетической конференции

Конверсионная инженерия; Американское общество механиков

Инженеры: Нью-Йорк, 1967.

(7) Cairns, E.J .; Shimotake, H. Science 1969, 164, 1347.

(8) Обзор минерального сырья 2011; Геологическая служба США:

Рестон, Вирджиния, 2011.

(9) Janecke, E.Z. Anorg. Allg. Chem. 1950, 261, 218.

(10) Plambeck, J. A .; Bard., A. J. Энциклопедия электрохимии

элементов; Марсель Деккер: Нью-Йорк, 1976; Vol. X, стр 127-148.

(11) Eckert, C .; Irwin, R .; Смит, Дж. Металл. Матер. Пер. В 1983,14,

451.

(12) Bard, A .; Фолкнер, Л. Электрохимические методы: основы и приложения

, 2-е изд .; Wiley: New York, 2001.

(13) Brooker, M .; Хуанг, К. Кан. J. Chem. 1980, 58, 168.

(14) Mulcahy, M. F. R .; Heymann, E. J. Phys. Chem. 1943, 47, 485.

(15) Haupin, W .; Франк, В. Всеобъемлющий трактат электрохимии

; Пленум Пресс: Нью-Йорк, 1981; Vol. 2. С. 301-325.

Рис. 4. (а) Поперечное сечение ячейки Mg || Sb. (б) СЭМ-изображение положительного электрода

в разряженном состоянии.(c) Mg EDS карта, показывающая

высоких концентраций Mg в срезанных тромбоцитах.

Журнал Американского химического общества Сообщение

dx.doi.org/10.1021/ja209759s | J. Являюсь. Chem.Soc. 2012, 134, 1895−18971897

Нанокристаллы сурьмы для аккумуляторов — ScienceDaily

Исследователям из ETH Zurich и Empa впервые удалось получить однородные нанокристаллы сурьмы. Протестированные как компоненты лабораторных аккумуляторов, они способны накапливать большое количество ионов лития и натрия. Эти наноматериалы работают с высокой скоростью и в конечном итоге могут быть использованы в качестве альтернативных анодных материалов в будущих батареях с высокой плотностью энергии.

Охота продолжается — новые материалы, которые будут использоваться в батареях следующего поколения, которые однажды могут заменить существующие литий-ионные батареи. Сегодня последние стали обычным явлением и обеспечивают надежный источник питания для смартфонов, ноутбуков и многих других портативных электрических устройств.

Однако, с одной стороны, электрическая мобильность и стационарные накопители электроэнергии требуют большего количества более мощных батарей; а высокий спрос на литий может в конечном итоге привести к нехватке сырья.Вот почему концептуально идентичная технология, основанная на ионах натрия, в ближайшие годы будет привлекать все большее внимание. В отличие от литиевых батарей, исследования которых ведутся более 20 лет, о материалах, которые могут эффективно накапливать ионы натрия, известно гораздо меньше.

Сурьмянистые электроды?

Команда исследователей из ETH Zurich и Empa во главе с Максимом Коваленко, возможно, подошла на шаг ближе к поиску альтернативных материалов для аккумуляторов: они стали первыми, кто синтезировал однородные нанокристаллы сурьмы, особые свойства которых делают их первыми кандидатами в анодный материал как для литий-ионных, так и для натрий-ионных аккумуляторов.Результаты исследования ученых только что опубликованы в Nano Letters.

В течение долгого времени сурьма рассматривалась как многообещающий анодный материал для высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов, поскольку этот металлоид демонстрирует высокую зарядную емкость, в два раза превышающую емкость обычно используемого графита. Первоначальные исследования показали, что сурьма может быть подходящей для перезаряжаемых литиевых и ионно-натриевых батарей, поскольку она способна накапливать ионы обоих типов. Натрий рассматривается как возможная недорогая альтернатива литию, поскольку он гораздо более естественен и его запасы более равномерно распределены на Земле.

Однако для того, чтобы сурьма достигла высокой способности к хранению, ее необходимо производить в специальной форме. Исследователям удалось химически синтезировать однородные, так называемые «монодисперсные», нанокристаллы сурьмы размером от десяти до двадцати нанометров.

Полное литирование или натрирование сурьмы приводит к большим объемным изменениям. Используя нанокристаллы, эти изменения объема могут быть обратимыми и быстрыми и не приводят к немедленному разрушению материала.Дополнительным важным преимуществом нанокристаллов (или наночастиц) является то, что они могут быть смешаны с проводящим углеродным наполнителем, чтобы предотвратить агрегацию наночастиц.

Идеальный кандидат в качестве анодного материала

Электрохимические испытания показали Коваленко и его команду, что электроды, сделанные из этих нанокристаллов сурьмы, одинаково хорошо работают в натриевых и литий-ионных батареях. Это делает сурьму особенно перспективной для натриевых батарей, поскольку лучшие анодные материалы, накапливающие литий (графит и кремний), не работают с натрием.

Высокомонодисперсные нанокристаллы с отклонением в размере не более десяти процентов позволяют определить оптимальное соотношение размера и качества. Нанокристаллы размером десять нанометров или меньше страдают от окисления из-за чрезмерной площади поверхности. С другой стороны, кристаллы сурьмы диаметром более 100 нанометров недостаточно стабильны из-за вышеупомянутого массивного расширения и сжатия во время работы батареи. Исследователи достигли лучших результатов с частицами размером 20 нанометров.

Производительность не очень зависит от размера

Еще одним важным результатом этого исследования, которое стало возможным благодаря этим ультра-однородным частицам, является то, что исследователи определили размерный диапазон от 20 до 100 нанометров, в пределах которого этот материал демонстрирует превосходные, не зависящие от размера характеристики, как с точки зрения плотности энергии, так и скорость-способность.

Эти характеристики даже позволяют использовать полидисперсные частицы сурьмы для получения тех же характеристик, что и у очень монодисперсных частиц, при условии, что их размеры остаются в пределах этого диапазона размеров от 20 до 100 нанометров.

«Это значительно упрощает задачу поиска экономически жизнеспособного метода синтеза», — говорит Коваленко. «Разработка такого экономичного синтеза — следующий шаг для нас вместе с нашим промышленным партнером». Эксперименты его группы с монодисперсными наночастицами других материалов показывают гораздо более крутые зависимости размера от производительности, такие как быстрое ухудшение характеристик с увеличением размера частиц, что ставит сурьму на уникальное место среди материалов, которые легируются литием и натрием.

Более дорогая альтернатива

Означает ли это, что нам доступна альтернатива сегодняшним литий-ионным батареям? Коваленко качает головой. Хотя этот метод относительно прост, производство достаточного количества высококачественных однородных нанокристаллов сурьмы все еще слишком дорого.

«В целом, батареи с ионами натрия и нанокристаллами сурьмы в качестве анодов станут весьма многообещающей альтернативой сегодняшним литий-ионным батареям только в том случае, если затраты на их производство будут сопоставимы», — говорит Коваленко.

Пройдет еще около десяти лет, прежде чем натрий-ионная батарея с сурьмянистыми электродами появится на рынке, считает профессор ETH-Zurich. Исследования по этой теме все еще находятся в зачаточном состоянии. «Однако в ближайшее время к ним присоединятся и другие исследовательские группы», — убежден химик.

.