Какая плотность электролита должна быть в аккумуляторе зимой: Какой плотности должен быть электролит в АКБ зимой. Все что нужно знать | Ремонт авто своими руками

Содержание

Какой плотности должен быть электролит в АКБ зимой. Все что нужно знать | Ремонт авто своими руками

Проверка плотности – это один из пунктов процесса обслуживания аккумуляторной батареи, так как от него будет зависеть степень заряженности и состояние АКБ. Что напрямую будет сказываться на том, сможете ли вы завести автомобиль при сильном морозе или нет. Поэтому если у вас в автомобиле стоит обслуживаемая батарее, то вы просто обязаны знать какая должна быть плотность электролита и что делать, когда она отличается от требуемого значения!

Плотность аккумулятора замеряется при температуре +25°С. В случае, если температура отличается от требуемой, в показания вносятся поправки (±0,01 г/см3).

Какой должна быть плотность в автомобильной АКБ

Плотность аккумулятора должна быть установлена исходя из совокупности требований и условий эксплуатации:

при умеренном климате должна находиться на уровне 1,25-1,27 г/см3 ±0,01 г/см3;

— в холодной зоне, с зимами до -30 градусов на 0,01 г/см3 больше;

— в жаркой субтропической — на 0,01 г/см3 меньше;

— в регионах, где зима особо сурова (до -50 °С) приходится повышать плотность от 1,27 до 1,29 г/см3, дабы аккумулятор не замерз.

Чем меньше плотность электролита в полностью заряженном аккумуляторе, тем он дольше прослужит.

Помните, что, как правило, аккумуляторная батарея, находясь на автомобиле, заряжена не более чем на 80-90 % её номинальной ёмкости, поэтому плотность электролита будет немного ниже, чем при полном заряде.

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

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

Заметьте, что ни зимой ни летом плотность электролита в аккумуляторе изменять не нужно, требуется лишь измерять и контролировать, чтобы она не отклонялась от номинального значения. Только в очень холодных зонах, где столбик термометра часто на отметке ниже -30 градусов (в плоть до -50), корректировка допускается.

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

В том случае, если плотность и опустилась до критического значения, то это не значит, что ее нужно поднимать с помощью корректирующего раствора, сначала полностью зарядите аккумуляторную батарею при помощи зарядного устройства. Так как получасовые поездки от дому к работе и обратно не позволяют электролиту прогреется, и, следовательно, хорошо зарядится, ведь аккумулятор принимает заряд лишь после прогрева. Так что разряженность изо дня в день увеличивается, и в результате падает и плотность.

Интервал изменения плотности электролита от полного разряда до полного заряда у исправной АКБ не должен превышать 0,15-0,16 г/см3.

Измеряя плотность ареометром важно чтобы данные во всех ячейках были одинаковыми. Сильно пониженная плотность в какой-то из ячеек говорит о присутствии в ней дефектов. Но если она одинаково низкая во всех ячейках, то это свидетельствует о глубоком разряде, сульфатации или же просто устаревании.

Если возникает необходимость, делается корректировка плотности. Нужно будет отобрать определенный объем электролита с АКБ и добавить корректирующий (1,4 г/cм3) или же дистиллированной воды с последующей 30 минутной зарядкой номинальным током и выдержкой в течение нескольких часов для выравнивания плотности во всех отсеках.

Все нюансы смотрите здесь.

Информация была полезной не забывайте ставить палец вверх и ПОДПИСЫВАТЬСЯ!

Зимняя плотность электролита в аккумуляторе


Плотность аккумулятора зимой и летом, какой аккумулятор лучше для зимы

Правильное обслуживание автомобиля, позволяющее без особых проблем использовать его в любое время года, включает и заботу о его батарее. Кроме своевременной зарядки, необходимо также знать, какова плотность аккумулятора зимой и летом и как это влияет на эксплуатацию автомобиля.

Для машин используют свинцово-кислотные АКБ.  Устройство аккумулятора этого вида таково, что электроды изготавливаются из свинца с примесью других металлов, а в роли электролита выступает водный раствор серной кислоты. Обычно соотношение этих двух веществ составляет 65% для воды и 35% для кислоты.

Под плотностью АКБ имеют в виду густоту электролита. От этого показателя зависит то, насколько хорошо батарея будет держать заряд, и срок службы пластин. Считается, что показатели плотности аккумулятора зимой и летом должны отличаться. Усредненное значение этой величины, при котором работа батареи считается нормальной, — 1,27 – 1,29 г/см3. Летом эти цифры могут быть немного меньше.

Обратите внимание: лучшие современные аккумуляторы для автомобилей не требуют корректировки плотности электролита, если, конечно, не эксплуатируются при температурах ниже 60°С. Речь идет о необслуживаемых АКБ, особенно заряженных гелевым электролитом.

Зимой

Плотность электролита в аккумуляторе зимой, особенно при сильных морозах, должна быть немного выше, чем обычно, но не превышать 1,35 г/см3. В чем причина? Во-первых, жидкость, в которой доля воды слишком высока, при минусовой температуре имеет все шансы замерзнуть. Вторая причина, по которой в холодное время года нужен более концентрированный раствор, — реакция на мороз остальных механизмов автомобиля. Чтобы заставить работать замерзшие детали, требуется большее количество энергии, чем в благоприятных условиях. Это справедливо даже для лучших моделей авто.

Реакция батареи на холод будет зависеть еще и от полноты заряда, так как при разряде доля кислоты заметно снижается. Соответственно, если изначально соотношение было меньше нормы, то при разрядке оно упадет до совсем неподходящих значений.

Несколько цифр, демонстрирующих взаимосвязь заряда и соотношения воды и кислоты в электролите:

  • Если первоначальная плотность — 1,30 г/см3, то при разряде на 25% она снизится до 1,26 г/см3, а при половинном заряде — до 1,22.
  • При начальном уровне 1,27 величина уменьшится до 1,23 и 1,19 соответственно.
  • Если соотношение воды и кислоты соответствовало 1,23 г/см3, то при разряде оно уменьшится до 1,19 и 1,15.

Температура, при которой возникает опасность замерзания электролита плотностью 1,20 г/см3 , равна -20°С. Аккумулятор для зимы обязательно должен быть заряжен не меньше, чем наполовину, а соотношение между водой и кислотой в электролите должно быть не ниже 1,27 г/см3.

Автомобиль с установленным аккумулятором можно без лишних опасений оставлять на зиму на улице, если температура не падает ниже 10°С. Электролит при таких условиях не замерзает. Если в зимний период не планируется эксплуатация батареи, самый лучший вариант — снять ее и оставить в сухом прохладном месте, предварительно полностью зарядив.

Что делать, если автомобиль простоял всю зиму с подключенной АКБ? Самый плохой вариант развития ситуации — замена источника питания. Есть несколько способов уменьшить вред, который может нанести устройству холод.

Перед наступлением холодов:

  • очистить корпус ото всех загрязнений;
  • зачистить и обработать смазкой клеммы;
  • полностью зарядить аккумулятор.

Во время эксплуатации:

  • укрыть корпус теплоизоляционным материалом;
  • перед долгой поездкой будет не лишним оставить АКБ на ночь дома;
  • прогревать авто, не включая дополнительные потребители энергии.

Если машина простояла при минусовой температуре без эксплуатации, но с подключенным источником питания, ее подготовка к работе обязательно должна включать осмотр АКБ, проверку уровня и густоты электролита в ней. Устройство обязательно понадобится зарядить.

Как выбрать АКБ для зимы?

Выбирая запчасти, иногда очень сложно определить, какой аккумулятор лучше для зимы. Чего делать не следует, так это обращать внимание на надписи типа «Арктический», «Arctic» и им подобные. Дело в том, что производители имеют полное право написать на корпусе или в названиях своих аккумуляторов любое слово, но технической характеристикой оно при этом являться не будет. Так что, если на нем написано «зимний», а в руководстве по эксплуатации этого не отражено, то надпись можно смело игнорировать.

Какие батареи хорошо работают даже самыми холодными зимами? Объективно лучшими для холодного времени года являются гелевые необслуживаемые устройства. От других аккумуляторов они отличаются тем, что там используется электролит консистенции геля. Такое устройство не требуется многократно подзаряжать, да и замерзнуть гелю сложнее, чем жидкости. Но устанавливать его на старый автомобиль можно только в том случае, если генератор современный, способен обеспечить подачу тока с минимальными колебаниями напряжения.

На что нужно обратить внимание, чтобы приобрести хороший аккумулятор для отрицательных температур:

  • Емкость. Тут все просто. Чем выше этот показатель, тем легче будут заводиться даже очень замерзшие автомобили.
  • Соответствие технических требований АКБ и машины.
  • Соблюдение производителем стандартов качества и безопасности.

Чтобы быть всегда довольным батареями на своей машине, автовладельцу нужно не только выбирать хорошие, качественные устройства, но и поддерживать их в работоспособном состоянии.

Своевременная зарядка, контроль уровня и густоты электролита — все это не сложно. А наградой станет хороший, корректно работающий аккумулятор.

Параметры уровня и плотности электролита в аккумуляторе авто

Плотность электролита в аккумуляторе автомобиля представляет собой соотношение химически активного вещества и дистилированной воды, залитых в банки АКБ в определенной пропорции. Данный параметр устанавливается в зависимости от условий использования транспортного средства и совокупности требований к автомобилю.

В регионах с умеренным климатом рабочий параметр плотности электролита должен составлять от 1,25 до 1,27 г/см3 ±0,01 г/см3.

Следует учитывать, что чем ниже плотность электролита в полностью заряженной батарее авто, тем дольше она прослужит.

Плотность кислоты с водой в банках автомобильного аккумулятора разная, и зависит от нескольких параметров:

  • заряженность батареи;
  • процентного содержания серы — чем больше концентрация раствора, тем более высокая плотность жидкости;
  • температуры раствора — чем больше это значение, тем ниже уровень плотности.

Оптимальный уровень электролита в аккумуляторе машины должен быть таким, чтобы в каждой банке раствор покрывал пластины с запасом 10-15 мм.

Таблица: плотность в зависимости от климатической зоны
Климатический район (среднемесячная температура воздуха в январе, °C)Время годаЗаливаемогоПолностью заряженная батареяБатарея разряжена
на 25%на 50%
Очень холодный (от -50 до -30)Зима1,28-1,291,301,261,22
Лето1,271,281,241,20
Холодный (от -30 до -15)Круглый год1,261,271,241,20
Умеренный (от -15 до -8)Круглый год1,241,271,241,20
Теплый влажный (от 0 до +4)Круглый год1,221,231,191,05
Жаркий сухой (от +4 до +15)Круглый год1,201,231,191,15
Плотность электролита в аккумуляторе зимой

В странах, где зимой температура воздуха опускается до -30 градусов данное значение должно быть на 0,01 г/см3 больше, а в областях с жарким климатом — на 0,01 г/см меньше. Если в зимнее время года температура воздуха опускается до -50 °C, то уровень плотности рекомендуется увеличивать до 1,29 г/см3. Если данный показатель будет меньше, это станет причиной снижения электродвижущей силы и возможного замерзания рабочего раствора.

Слишком высокий уровень плотности раствора электролита в банках аккумуляторной батареи повлияет на ее срок службы. Пониженный параметр становится причиной падения напряжения и трудному пуску силового агрегата.

Если плотность рабочего раствора в холодное время года снизится до 1,09 г/см3, это станет причиной замерзания аккумуляторной батареи уже при -7 градусах. Надо учитывать, что кратковременные поездки на транспортном средстве, составляющие менее 30 минут, не дают возможности рабочей жидкости полностью прогреться и эффективно заряжаться. Поэтому разряд электролита при низких температурах ежедневно растет, что серьезно влияет на уровень плотности.

Для нового и исправного аккумулятора нормальная величина изменения плотности рабочей жидкости при полном заряде и разряжении составляет в диапазоне от 0,15 до 0,16 г/см3.

Таблица: температура замерзания электролита в зависимости от его плотности
Плотность электролита (г/см3)Степень заряженности (%)Температура замерзания, °C
1,110,0-7
1,126-8
1,1312,56-9
1,1419-11
1,1525-13
1,1631-14
1,1737,5-16
1,1844-18
1,1950-24
1,256-27
1,2162,5-32
1,2269-37
1,2375-42
1,2481-46
1,2587,5-50
1,2694-55
1,27100-60
Плотность электролита в аккумуляторе летом

Данный параметр для теплых и влажных климатических регионов должен составить не менее 1,22 г/см3 (эта величина является критической).

В конце весны и летом температура в моторном отсеке более высокая, что приводит к испарению воды из кислотного раствора и более активному протеканию электрохимических процессов в аккумуляторе. Это становится причиной повышенной токоотдачи.

В жаркое время года из-за высокой температуры особо остро стоит проблема обезвоживания для аккумулятора. Поскольку высокий уровень плотности негативно влияет на свинцовые пластины обслуживаемых и необслуживаемых батарей, рекомендуется, чтобы этот параметр имел отклонение на 0,02 г/см3 меньше номинального. В частности, если речь идет о южных регионах, где используется устройство. При снижении объема или количества рабочей жидкости и увеличения параметра плотности коррозийные процессы на электродных выходах могут увеличиться.

Причины изменения плотности

Список причин, которые приводят к изменению уровня плотности аккумулятора:

  1. Снижение уровня электролита в АКБ (приводит к повышению плотности).
  2. Уменьшение концентрации серной кислоты в аккумуляторе или так называемая сульфатация пластин. Сульфат свинца кристаллизуется, теряя способность участвовать в химических реакциях. В результате такого процесса аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства, поскольку не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений.
  3. Разряд батареи. Данная проблема особо актуальна для зимы и тех автомобилей, которые редко используются или где замена аккумулятора производилась давно.
  4. Неоднократная зарядка аккумулятора. Это приводит к закипанию раствора и его испарению, что снижает его количество и повышает концентрацию. В этом случае активных молекул для ионизации свинца и его солей становится меньше, соответственно снижается густота жидкости.
  5. Не осуществляется контроль за уровнем концентрации раствора в емкостях с электродами после каждого пополнения дистиллятом. С каждым новым разбавлением концентрата снижается доля электролита за счет испарения воды и небольшого количества электролитической жидкости.

Как самостоятельно проверить плотность электролита и степень разряженности батареи?

Прежде чем измерить плотность электролита нужно провести проверку и подготовку аккумулятора, затем произвести замер с помощью:

  1. Ареометра (денсиметра). Для этого на отключенном аккумуляторе откручиваются все банки, прибор погружается в жидкость, и делается забор небольшого количества электролита. Определение уровня плотности производится в соответствии с показаниями на шкале тестера.
  2. Тестера (мультиметра). Прибор переводится в режим вольтметра, производится мониторинг параметра напряжения и полученные данные сравниваются с нормированными.
  3. Самодельным устройством. Способ аналогичен проверке ареометром, однако в данному случае в качестве резервуара используют стеклянную пробирку, в которую помещают какой-нибудь грузик (пшено, кусок свинца). Затем нужно будет самостоятельно произвести градуировку ареометра.

Если батарея необслуживаемая и на ней нет индикатора для проверки уровня и плотности, то для измерения ареометром потребуется высверлить отверстия в банках, которые после выполнения задачи необходимо запаять.

Видео: проверка плотности электролита в автомобильной батарее

Канал «videostar» в своем видео подробно рассказал о том, сколько должно быть электролита в банках аккумулятора и как проверять его плотность.

Таблица: поправка к показаниям ареометра
Температура рабочего раствора при измерении величины плотности, °СПоправка к показаниям ареометра, полученным в ходе проверки, г/см3
от -55 до -41-0,05
от -40 до -26-0,04
от -25 до -11-0,03
от -10 до +4-0,02
от +5 до +19-0,01
от +20 до +300,00
от +31 до +45+0,01
от +46 до +60+0,02
Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита
Температура воздухаСтепень заряженности аккумуляторной батареи
На 100% заряженаЗаряжена на 70%Полностью разряжена
+25 градусов и выше1,21 — 1,231,17 — 1,191,05 — 1,07
менее +25 градусов1,27 — 1,291,23 — 1,251,11 — 1,13
Таблица: плотность электролита и степень заряженности АКБ при проверке мультиметром
Степень заряженности аккумулятораПлотность рабочего раствора электролита, г/см3Напряжение аккумуляторной батареи, В
100%1,2812,7
80%1,24512,5
60%1,2112,3
40%1,17512,1
20%1,1411,9
0%1,111,7
Как скорректировать плотность электролита в аккумуляторе?

Стабилизация плотности электролита производится с помощью добавления раствора рабочей жидкости и зарядки. Однако, чтобы поднять данный параметр, недостаточно просто долить дистиллированную воду в банки и тем самым увеличить или уменьшить плотность.

Таблица: корректировка плотности электролита
Плотность электролита в батарее, г/см3Уровень плотности по стандарту, г/см3
1,241,251,26
Отсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллята
1,246062120125
1,2544456570
1,2685883940
1,2712212678804043
1,281561621171208086
1,29190200158162123127
1,30
Плотность электролита в батарее, г/см3Уровень плотности по стандарту, г/см3
Отсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллята
1,24173175252256
1,25118120215220
1,266566177180290294
1,27122126246250
1,2840436365198202
1,297578143146
1,3010911336387981

Видео: руководство по увеличению параметра плотности в АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видео подробно рассказал о том, как повысить плотность электролита в аккумуляторной батарее автомобиля.

Была ли эта статья полезна?Статья была полезнаПожалуйста, поделитесь информацией с друзьямиОценить пользу статьи:Оцени автора (3 голос(ов), среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

введите свой кодваш код не найден, проверьте правильность кода

Какая плотность электролита в аккумуляторе должна быть

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

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

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

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

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

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

Как правильно замерить плотность электролита

Замер плотности электролита

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

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

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

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

Мифы о зимней и летней плотности электролита

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

Электролит плотностью в 1.27 или 1.28

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

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

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

Как повысить плотность электролита в домашних условиях

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

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

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

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

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

Таблица плотности электролита

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

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

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

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

Плотность электролита в аккумуляторе зимой: значения, как поднять?

Автомобилю, постоянно находящемуся в использовании, требуется надежный АКБ, который позволит быстро запустить двигатель вне зависимости от внешних факторов. Плотность электролита в аккумуляторе зимой необходимо держать в определенных рамках, чтобы жидкость не замерзла. Данный параметр является основным и оказывает существенное влияние на длительность службы источника питания.

При правильной и своевременной корректировке значений кислотности жидкости можно значительно увеличить срок службы АКБ. Ведь плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом должна отличаться, чтобы компенсировать влияние температуры, влажности и других климатических условий на химические процессы.

Что такое плотность электролита и от чего она зависит?

Если говорить простым языком, то плотность — это кислотность жидкости в АКБ. В роли электролита сурьмянистые аккумуляторы используют смесь воды и серной кислоты. Количество последней по отношению к общему объему раствора и называют плотностью. Измеряют ее в граммах на сантиметр кубический (г/см3).

На степень закисленности основное влияние оказывают факторы, способные изменить количество воды в растворе: мороз, жара, влажность. Также на нее влияет степень заряда аккумуляторной батареи. Измерение показателей производятся специальным прибором — ареометром. Процедуру необходимо проводить с полностью заряженным аккумулятором. Особенно это важно делать перед зимой, чтобы выявить проблему заранее и уменьшить риск порчи АКБ, вследствие замерзания воды в ней. Если были выявлены низкие значение, то, скорее всего, проблема кроется в одной из следующих причин:

  • дефект ячейки;
  • обрыв внутренней цепи батарей;
  • глубокий разряд АКБ или одной из его секций.

Почему замерзает аккумулятор?

Все дело в плотности: чем она меньше (воды в растворе больше), тем быстрее замерзнет электролит при понижении температуры. Умеренный климат требует, чтобы этот параметр был в пределах 1,25-1,27 г/см3. Зимой и в северных регионах рекомендуемая плотность увеличивается на 0,01 г/см3.

Многих автолюбителей интересует: «При какой температуре замерзает электролит в аккумуляторе?». Получить ответ на этот вопрос поможет следующая таблица:

Плотность электролита при 25°C, г/см³ Температура замерзания, °С Плотность электролита при 25°C, г/см³ Температура замерзания, °С
1,09 -7 1,22 -40
1,1 -8 1,23 -42
1,11 -9 1,24 -50
1,12 -10 1,25 -54
1,13 -12 1,26 -58
1,14 -14 1,27 -68
1,15 -16 1,28 -74
1,16 -18 1,29 -68
1,17 -20 1,3 -66
1,18 -22 1,31 -64
1,19 -25 1,32 -57
1,2 -28 1,33 -54
1,21 -34 1,4 -37

Таблица 1. Плотность электролита в аккумуляторе автомобиля зимой.

Как повысить плотность если она низкая?

Поднимать эту характеристику приходится после неоднократного корректирования уровня жидкости в АКБ дистиллированной водой или в случае нехватки параметра для эксплуатации батареи в зимой. Явным признаком недостаточной концентрации серной кислоты является оледенение ячеек. Что делать если замерз электролит в аккумуляторе? Потребуется отогреть АКБ при комнатной температуре, после чего поставить на зарядку.

Внимание! Замерять плотность нужно только в полностью заряженной аккумуляторной батарее.

Помимо правильно проведенной полной зарядки существует еще такие способы поднятия плотности, как добавление концентрированного (корректирующего) электролита или кислоты.

Для корректировки понадобится:

  • ареометр;
  • мерная емкость;
  • посуда для приготовления смеси;
  • спринцовка;
  • серная кислота или корректирующий электролит;
  • дистиллированная вода.

Процедура проводится следующим образом:

  1. Из ячеек батареи отбирается немного кислотного раствора и измеряются показатели кислотности.
  2. Если надо увеличить плотность — доливается столько же корректирующего электролита, если уменьшить —добавляется дистиллированная вода.
  3. После проведения процедуры со всеми ячейками АКБ ставится на зарядку стационарным устройством для смешивания жидкости.
  4. По окончании зарядки надо подождать не меньше часа, чтобы плотность во всех секциях батареи выровнялась.
  5. Проводится проверка показателей и в случае необходимости процедура повторяется с уменьшением шага разбавления вдвое.

Плотность между ячейками не должна отличаться сильнее, чем на 0,01 г/см3. Если добиться этого не вышло — необходимо провести выравнивающую зарядку малым током.

Что делать, когда плотность ниже 1,18 г/см3

Чтобы зимой не замерзла вода в аккумуляторе нужно не допускать снижения плотности электролита. Если это значение преодолело критический минимум в 1,18 г/см3, то требуется добавление кислоты. Сама процедура проводится в том же порядке, что был описан ранее, только количество отбираемой и добавляемой жидкости необходимо сократить, чтобы не превысить значение первым доливом.

Важно! При изготовлении электролита нужно вливать кислоту в воду, и ни в коем случае не наоборот.

Что делать если электролит в аккумуляторе замерз, а после отогрева приобрел багровый цвет? К сожалению, такая батарея уже не сможет нормально работать зимой при температуре ниже 5°C. Скорее всего у такого АКБ осыпалась активная масса, что уменьшило рабочую поверхность пластин. Восстановить нормальные показатели у такого АКБ невозможно.

Поддержание количества электролита и его плотности на должном уровне существенно продлевает срок службы батареи, а также ее способность сопротивляться морозу и безпроблемно запускать двигатель автомобиля.

Аккумулятор зимой: как поднять плотность и увеличить срок службы? Ссылка на основную публикацию 

Эксплуатация авто аккумулятора зимой

Что сделать, чтобы подготовить батарею к холодному времени года и какая плотность электролита нормальна для зимы?

Ответ:

У заряженной на 100% АКБ, изначально рассчитанной на использование в условиях умеренного климатического пояса, плотность электролита при стандартных +25оC должна колебаться между 1.27 и 1.30 г/см3. Если температура будет выше, плотность снизится, если вокруг будет холоднее – повысится. Именно поэтому на крайнем Севере используют аккумуляторы с более плотным электролитом (1.32 г/см3), а в тропических странах с более низким (1.24 /см3).

Перед наступлением холодов важно убедиться в том, что аккумулятор заряжен – в этом случае вы избежите замерзания электролита и связанных с ним проблем при пуске двигателя. Учтите также, что зимой на работу батареи серьёзное влияние оказывают утечки в системе электрооборудования и слабое натяжение генераторного ремня.


Что делать, если при старте двигателя в холода батарея разрядилась до нуля?

Ответ:

Зарядите батарею при помощи небольшого тока – причём провести зарядку нужно от стационарного устройства и не позже, чем через 2-3 дня с момента наступления глубокой разрядки.


В чём причина замерзания электролита?

Ответ:

Когда аккумулятор разряжается, плотность электролита падает – и, соответственно, становится ниже количество содержащейся в его растворе серной кислоты. Образуется вода, которая и замерзает. Чем сильнее разряжен аккумулятор, тем раньше электролит способен замёрзнуть. К примеру, при 1.11 г/см3 замерзание наступает уже при -7 градусах Цельсия, а при 1.27 г/см3 (нормальная плотность при полном заряде) только при -58 градусах.


Можно ли реанимировать батарею, если замёрз электролит?

Ответ:

Всё зависит от тяжести конкретного случая. Как правило, если аккумулятор замёрз не на весь объём, а его корпус не был деформирован, восстановить АКБ можно. Для этого занесите батарею в комнату, оставьте её там до тех пор, пока весь лёд не растает (это должно происходить при комнатной температуре, без лишнего нагрева), и уже после этого ставьте батарею на зарядку. Но учтите, что токовые характеристики аккумулятора в любом случае упадут, а электроды будут повреждены.


Если перед тем, как стартовать двигатель в холода, ненадолго включить фары, станет ли запуск легче?

Ответ:

Нет, это один из самых вредных мифов. Эффект разогрева электролита, на который надеются в рассматриваемом случае, будет ничтожным, а значит, мощность разряда не вырастет. Более того: батарея на этой процедуре теряет драгоценную ёмкость, и есть шанс, что оставшегося заряда на старт мотора не хватит.

Почему в холода советуют использовать аккумуляторы с высокими пусковыми токами?

Ответ:

У холодного пуска есть несколько характерных особенностей:

  • 1. Стартеру понадобится больше времени на успешную прокрутку мотора;
  • 2. Сопротивление холодного мотора зимой возрастает в 2.5-3 раза;
  • 3. Батарее нужно будет отдать большее количество энергии и мощности;
  • 4. Чем холоднее вокруг, тем выше внутреннее сопротивление АКБ.

Именно поэтому для того, чтобы двигатель стартовал надёжно, лучше использовать аккумулятор, имеющий при аналогичных габаритах более высокие токи холодной прокрутки.


На старт двигателя в холода влияет только аккумулятор?

Ответ:

Нет, влияние также оказывает состояние свечей, электрического оборудования, топливной системы и электропроводки машины. Также много зависит от качества топлива, от масла, и, конечно, от опыта водителя.


Из-за чего замёрзла батарея?

Ответ:

Если у Вас замёрзла только одна ячейка, причина, вероятно, во внутреннем дефекте аккумулятора. Из-за него в этой ячейке снизилась плотность электролита, и он замёрз.

Если замёрзло несколько ячеек, дело в том, что аккумулятор был разряжен. Чаще всего это происходит из-за того, что при поездках по городу приходится часто запускать мотор для передвижения на короткую дистанцию – генератору просто не хватает времени для того, чтобы зарядить батарею. Между тем, уже при 45% заряда аккумулятора плотность электролита будет составлять 1.21 г/см3, а при таких параметрах он замерзает уже при -30.

Часто бывает так, что утром не удаётся завести автомобиль, и водитель едет по своим делам на метро или автобусе. Тем временем, разряженная на попытках пуска батарея до вечера успеет замёрзнуть.

Плотность электролита в аккумуляторе — какая должна быть


Автомобильный аккумулятор предназначен для обеспечения бортовой сети транспортного средства и накопления энергии, которую вырабатывает генератор. Больше века кислотно-свинцовые батареи применяются в автомобильной промышленности и по-прежнему удерживают лидирующие позиции. Причина долголетия проста – высокая эффективность при дешевой себестоимости. Подобные батареи состоят из гальванических элементов, которые взаимодействуя с водным раствором серной кислоты, вырабатывают электрическую энергию. Такие источники питания имеют стабильную плотность электролита в аккумуляторе, отличаются высокой морозоустойчивостью и длительным сроком работы.

Плотность электролита

Электролит — это основной компонент аккумулятора, а именно, вещество, проводящее электрический ток вследствие распада на ионы в растворе. Основным свойством, которое необходимо знать при использовании АКБ в автомобиле, является плотность электролита — в науке данный термин означает соотношение массы жидкости к занимаемому объему. В АКБ роль раствора выполняет электролит, состоящий из кислоты и дистиллированный воды.

Непосредственно плотность зависит от температуры электролита (чем ниже температура, тем выше плотность). Работа аккумулятора – это чередование циклов разрядки и зарядки, во время которых происходит широкий спектр химических реакций. При разрядке батареи химическая энергия трансформируется в электрический ток, при зарядке электричество превращается в химическую энергию. Данные процессы оказывают серьезное влияние на плотность электролитического раствора. Процесс зарядки повышает плотность электролита, разряд элемента питания – понижает это значение.


Температура замерзания электролита в зависимости от плотности — Таблица 1

С помощью прибора ареометра можно замерить плотность электролита в аккумуляторе, а также точно определить степень зарядки АКБ. При полном разряде батареи, показатель плотности падает настолько, что между пластинами остается практически дистиллированная вода. Сульфат свинца, который избыточно вырабатывается во время разряда, полноценно не расходуется при зарядке батареи и покрывает свинцовые пластины белым налетом. Сульфатация негативно влияет на емкость аккумулятора, сокращая рабочий ресурс источника питания. Свинцовые пластины со временем начинают осыпаться, что приводит к короткому замыканию внутри батареи.

Поскольку электролит является смесью воды и кислоты, то плотность электролита в аккумуляторе может возрастать. При зарядке АКБ происходит электролиз – выкипание дистиллированной воды из корпуса, благодаря чему концентрация кислоты в растворе возрастает, увеличивая его плотность. Печальная перспектива электролиза очевидна. Потеря воды неизбежно приведет к уменьшению уровня жидкости. Свинцовые пластины оголятся и вступят в химическую реакцию с кислородом, что приведет к осыпанию свинца и выходу батареи из строя. Именно поэтому важно остановить зарядку батареи при первых признаках кипения жидкости и своевременно доливать дистиллят при низком уровне электролита в обслуживаемых батареях.

Устройство и принцип работы АКБ

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

Конструкция батареи

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

Устройство секции свинцово-кислотного аккумулятора:

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

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

Как это работает

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

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

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

Рекомендуем: Характеристики автомобильного аккумулятора Bosch s5

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

Химические процессы, возникающие в батарее при ее разрядке и зарядке

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

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе

Отечественные автовладельцы ведут отчаянный спор о правилах эксплуатации аккумуляторных батарей. Количество автомобилей стремительно растет, и каждый водитель пытается сформулировать свою позицию по данному вопросу. Даже среди профильных специалистов мнения существенно разнятся. Поэтому будем отталкиваться от рекомендаций производителей, ведь только разработчики элементов питания способны сформулировать нюансы эксплуатации собственных изделий. Любая новая АКБ имеет сопроводительную инструкцию, в которой конкретно прописаны мероприятия по техническому обслуживанию.

Аккумуляторная батарея негативно воспринимает и повышенную, и пониженную плотность электролита. Высокий показатель плотности активизирует химические процессы, делая электролит «агрессивным», что приводит к значительному снижению рабочего ресурса изделия. Низкая плотность уменьшит емкость АКБ, что способствует проблемам запуска силового агрегата, особенно в зимнее время. Именно по этой причине необходимо придерживаться значений, рекомендованных производителем. Плотность полностью заряженного нового аккумулятора должна составлять 1.27 г/см3 при температуре +25 °С. При жарком климате допускается понижение плотности на 0,01 г/см3 , а при морозах — на 0,01 — 0,02 г/см3 больше.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Современный аккумулятор – устройство, сбалансированное и беспричинно корректировать электролит бессмысленно. Плотность электролита в аккумуляторе 1.27 г/см3 не позволит кристаллизоваться жидкости до –50°С. Подобные экстремальные температуры встречаются только на крайнем севере. В таких регионах плотность увеличивают, чтобы предотвратить замерзание электролита. Лучше своевременно заряжать батарею и не допускать разряда, чтобы показатель плотности держался в номинальном значении. Поскольку температура окружающей среды изменчива, то для замера плотности электролита предлагаем использовать специальную таблицу с поправками.


Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом — Таблица 2

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Данную процедуру необходимо выполнять с периодичностью в три месяца или каждые 15-20 тыс. км, дабы контролировать работоспособность элемента питания. Также замеры производят при покупке новой батареи или при возникновении проблем во время запуска двигателя. Проверку можно выполнить на станции технического обслуживания или самостоятельно в условиях гаража. Перед проверкой показателя электролита следует полностью зарядить аккумулятор и сделать временную паузу длительностью шесть часов. Ведь во время зарядки плотность электролита повышается и информация будет некорректной. Для процедуры измерения потребуется ареометр, который можно приобрести в любом автомагазине. Данное устройство вполне доступно, так как имеет низкую цену.

Для работы потребуется:

  • Ареометр
  • Защитные очки
  • Сухая хлопчатобумажная ткань
  • Резиновые перчатки.

Перед измерением источник питания необходимо установить на ровную поверхность и выкрутить заглушки. Далее следует рукой сжать резиновую грушу прибора и опустить наконечник ареометра в крайнюю банку АКБ. Погрузив устройство в электролит, грушу можно отпустить. Разряженный воздух в колбе, начнёт засасывать жидкость из банки. Теперь нужно визуально оценить уровень раствора в ареометре. Количество жидкости должно позволить измерительному поплавку свободно плавать внутри прибора.

После того, как поплавок прекратит колебательные движения, можно зафиксировать показатель плотности электролита, который должен составлять 1,24 – 1,29 г/см3. Если цифры существенно отличаются, то следует выполнить коррекцию плотности раствора. Аналогичные процедуры необходимо произвести со всеми банками аккумулятора. Следует помнить, что любые операции с электролитом необходимо выполнять в защитных перчатках и очках. После завершения работ пластиковый корпус АКБ рекомендуется насухо протереть чистой тряпкой, дыбы исключить саморазряд батареи.

Когда и чем доливают аккумулятор

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

Низкий уровень в секциях

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

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

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

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

Ненормальная кислотность

Если изначально батарея была заправлена как положено, то чрезмерно большая плотность электролита в аккумуляторе может появиться только в случае, если выкипела вода или измерения проводились при сильном морозе (с понижением температуры плотность повышается, и это нормально). В первом случае достаточно просто долить воду, во втором – произвести перерасчет или, что проще и правильнее, заняться измерениями в отапливаемом помещении.
А вот падение концентрации кислоты – ситуация реальная. Обычно это происходит из-за неправильной эксплуатации АКБ или ввиду ее «преклонного возраста». Причина – появление нерастворимого сульфата, который при своем образовании использовал кислоту, но уже не разлагается при зарядке, а значит, вернуть ее обратно в раствор не может. Ситуация не особо радостная, но восстановить плотность необходимо хотя бы для того, чтобы дотянуть до покупки новой батареи.

Коррекция плотности электролита

Эксплуатация автомобиля подразумевает циклическую нагрузку на АКБ, во время которой катализатор электрохимического процесса изменяет свою структуру. Поскольку электролит состоит из кислоты(35%) и дистиллированной воды(65%), то это соотношение способно изменяться в зависимости от степени заряженности источника энергии. Во время движения транспортного средства генератор постоянно подает на батарею электрический ток.

Когда емкость восстанавливается, начинается процесс электролиза, во время которого электролит закипает и испаряется. Аналогичный процесс происходит при длительной зарядке специальным устройством. Количество воды в растворе уменьшается, из-за чего увеличивается плотность и убавляется объем жидкости. Чтобы восстановить номинальное значение необходимо долить дистиллированную воду в каждую банку батареи.

Причины снижения плотности электролита

Чтобы поддержать работоспособность элемента питания автовладельцы добавляют в батарею дистиллированную воду, забывая проверить показатели плотности. Большая концентрация воды приводит к сильному электролизу, во время которого вместе с водой начинает испаряться серная кислота, что снижает плотность электролита. Со временем содержание кислоты в растворе становится критическим и раствор перестает выполнять функцию катализатора химических процессов, что негативно отражается на функциональности аккумулятора.

Инструкция проверки

Проверить уровень плотности – задача не трудная. Для ее выполнения нужно лишь обзавестись специальным прибором. Некоторые автоэксперты советуют денсиметр, другие – ареометр.

В данном материале будет подана инструкция того, как проверить плотность при помощи ареометра.

Рекомендуем: ДМРВ: что это такое

Прежде чем приступить непосредственно к проверке плотности, нужно запомнить, что делать это желательно при температуре +25°С. А также, помимо ареометра, понадобятся мерный стакан и клизма-груша, собственно сам электролит, но обязательно свежий, также дистиллированная вода и, при отдельной необходимости, о чем будет рассказано немного позже, аккумуляторная кислота, паяльник и дрель.

Итак, пошаговая инструкция правильной проверки параметра плотности в АкБ:

  1. Отдельно для каждой банки измерить параметры электролита.
  2. При помощи клизмы-груши откачать из каждой банки поочередно максимальное количество старого раствор. При этом также нужно замерить его объем.

  3. Долить свежий электролит в количестве половины объема от ранее выкачанного.
  4. Активно потрясти/покачать аккумулятор, чтобы обеспечить смешивание жидкостей.
  5. Проверить анализируемый параметр путем погружения ареометра в электролит благодаря заливному отверстию в корпусе АкБ. При этом электролит перетечет в стеклянную трубку, а поплавок прибора всплывет в корпусе, не прикасаясь к стенкам трубки. После того, как колебания ареометра прекратятся, уровень плотности будет показан не шкале. В случае, если значение не достигло оптимального, ранее перечисленные операции следует производить повторно до тех пор, пока показатели будет нормальные.
  6. Остаток долить дистиллированной водой.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях

Любая батарея состоит из нескольких банок, поэтому, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется корректировать электролитический раствор в каждой отдельной емкости. С помощью спринцовки жидкость выкачивается и отправляется в мерную емкость. После чего в банку заливается аналогичное количество нового электролита, который в готовом виде можно приобрести в магазине. Данная операция выполняется с каждой банкой, после чего аккумулятор необходимо зарядить в течение 30 минут, чтобы раствор перемешался. Затем после двухчасовой паузы повторно измеряем показатели плотности. При необходимости нужно повторить коррекцию электролита. Важно помнить, что разность плотности в банках не должна превышать 0.01 г/см3.

Бывают ситуации, когда показатель плотности падает ниже значения 1.18 г/см3. В таких случаях вышеописанная технология не поможет восстановить работоспособность батареи – необходима полная замена электролитического раствора.

Как поднять плотность электролита зарядным устройством

Существует еще один способ, которым следует поделиться. Он требует меньших трудозатрат и больше времени. Суть процесса проста – необходимо поставить батарею на зарядку, выставив минимальный ток (не более 1A). Достигнув полного заряда, аккумуляторная батарея начнет «кипеть». При этом дистиллированная вода будет активно испаряться. Уровень жидкости в корпусе постепенно снизится. Вместо испарившейся воды, доливаем электролит номинальной плотности. Процесс очень длительный, однако, за несколько суток можно добиться необходимого результата.

Как выбрать АКБ для зимы?

Выбирая запчасти, иногда очень сложно определить, какой аккумулятор лучше для зимы. Чего делать не следует, так это обращать внимание на надписи типа «Арктический», «Arctic» и им подобные. Дело в том, что производители имеют полное право написать на корпусе или в названиях своих аккумуляторов любое слово, но технической характеристикой оно при этом являться не будет. Так что, если на нем написано «зимний», а в руководстве по эксплуатации этого не отражено, то надпись можно смело игнорировать.

Какие батареи хорошо работают даже самыми холодными зимами? Объективно лучшими для холодного времени года являются гелевые необслуживаемые устройства. От других аккумуляторов они отличаются тем, что там используется электролит консистенции геля. Такое устройство не требуется многократно подзаряжать, да и замерзнуть гелю сложнее, чем жидкости. Но устанавливать его на старый автомобиль можно только в том случае, если генератор современный, способен обеспечить подачу тока с минимальными колебаниями напряжения.

На что нужно обратить внимание, чтобы приобрести хороший аккумулятор для отрицательных температур:

  • Емкость. Тут все просто. Чем выше этот показатель, тем легче будут заводиться даже очень замерзшие автомобили.
  • Соответствие технических требований АКБ и машины.
  • Соблюдение производителем стандартов качества и безопасности.

Чтобы быть всегда довольным батареями на своей машине, автовладельцу нужно не только выбирать хорошие, качественные устройства, но и поддерживать их в работоспособном состоянии. Своевременная зарядка, контроль уровня и густоты электролита — все это не сложно. А наградой станет хороший, корректно работающий аккумулятор.

Как заменить электролит в аккумуляторе

С помощью замены электролита в аккумуляторе владелец автомобиля может значительно продлить рабочий ресурс АКБ. Замена потребует наличие следующих компонентов:

  • Стеклянная линейка с узкой горловиной
  • Емкость с дистиллятом
  • Электролит необходимой плотности
  • Зарядное устройство
  • Ареометр
  • Пищевая сода
  • Средства защиты: (перчатки, фартук, очки)
  • Резиновая груша
  • Чистая ветошь.

Снятый с машины аккумулятор, тщательно протираем чистой ветошью, удаляя с поверхности грязь и пыль. Рекомендуется производить замену при комнатной температуре. После демонтажа крышек с банок производится откачка раствора. Переворачивать АКБ категорически запрещено, ведь химический осадок, скопившийся на дне, способен вызвать короткое замыкание в пластинах, после чего батарея придёт в негодность. Для удаления остатков электролита необходимо на дне каждой банки просверлить небольшое отверстие, через которое вытекут остатки жидкости.

Теперь в пустые банки заливается дистиллят, чтобы тщательно промыть внутренности батареи. Далее необходимо запаять отверстия специальным пластиком стойким к воздействию кислот. С помощью стеклянной воронки заливаем до необходимого уровня новый электролит, после чего аккумулятор ставится на зарядку. Для восстановления оптимальной емкости источник питания следует разрядить и снова зарядить. Заряженная полностью батарея должна выдавать напряжение 12.7 В. Процесс замены окончен, аккумулятор можно устанавливать на автомобиль.

Использованный электролит необходимо правильно утилизировать. Для этой цели потребуется сода, которая является щелочью и способна нейтрализовать разрушительное действие серной кислоты. В емкость с раствором высыпаем половину пачки соды и наблюдаем бурную химическую реакцию. После окончания бурления получившуюся субстанцию можно вылить в канализацию.

И напоследок совет: своевременно проверяйте плотность электролита своего аккумулятора и регулярно заряжайте батарею. Тогда источник питания «отблагодарит» своего хозяина длительной и бесперебойной работой.

Плотность электролита в аккумуляторе

Автомобильная батарея, известная как аккумулятор, отвечает за системы запуска, освещения и зажигания в машине. Как правило, автомобильные аккумуляторы являются свинцово-кислотными, состоят из гальванических элементов, обеспечивающих 12-вольтовую систему. Каждая из ячеек создает 2,1 В при полной зарядке. Плотность электролита – контролируемое свойство водно-кислотного раствора, обеспечивающее нормальную работу батарей.

Состав свинцово-кислотной батареи

Электролит свинцово-кислотной аккумуляторной батареи представляет собой раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Удельный вес чистой серной кислоты составляет около 1,84 г/см3, и эту чистую кислоту разбавляют дистиллированной водой до тех пор, пока удельный вес раствора не станет равным 1,2-1,23 г/см3.

Хотя в некоторых случаях плотность электролита в аккумуляторе рекомендуется в зависимости от типа батареи, сезонного и климатического состояния. Удельный вес полностью заряженной батареи по промышленному стандарту в России — 1,25-1,27 г/см3 летом и для суровых зим- 1,27-1,29 г/см3.

Удельный вес электролита

Одним из основных параметров работы батареи является удельный вес электролита. Это отношение веса раствора (серной кислоты) к весу равного объема воды при определенной температуре. Обычно измеряется с помощью ареометра. Плотность электролита используется в качестве индикатора состояния заряда ячейки или батареи, однако не может характеризовать емкость аккумулятора. Во время разгрузки удельный вес уменьшается линейно.

Учитывая это, нужно уточнить размер допустимой плотности. Электролит в батарее не должен превышать 1,44 г/см3. Плотность может составлять от 1,07 до 1,3 г/см3. Температура смеси при этом будет составлять около +15 С.

Электролит повышенной плотности в чистом виде характеризуется довольно высокой величиной этого показателя. Его плотность составляет 1,6 г/см3.

Степень заряженности

При полностью заряженном стационарном режиме и при разряде измерение удельного веса электролита дает приблизительное указание на состояние заряда ячейки. Удельный вес = напряжение разомкнутой цепи — 0,845.

Пример: 2,13 В — 0,845 = 1,285 г/см3.

Удельный вес уменьшается при разрядке батареи до уровня, близкого к значению чистой воды, и увеличивается во время перезарядки. Аккумулятор считается полностью заряженным, когда плотность электролита в аккумуляторе достигает максимально возможного значения. Удельный вес зависит от температуры и количества электролита в ячейке. Когда электролит находится вблизи нижней отметки, удельный вес выше, чем номинальный, он падает, и воду добавляют в ячейку, чтобы довести электролит до требуемого уровня.

Объем электролита расширяется, когда температура поднимается, и сжимается с понижением температуры, что влияет на плотность или удельное значение силы тяжести. По мере расширения объема электролита показания снижаются и, наоборот, удельный вес увеличивается при более низких температурах.

Перед тем как поднять плотность электролита в аккумуляторе, необходимо выполнить замеры и расчеты. Удельный вес для батареи определяется приложением, в котором он будет использоваться, с учетом рабочей температуры и срока службы батареи.

% Серная кислота

% Вода

Удельный вес (20 ° С)

37,52

62,48

1,285

48

52

1,380

50

50

1,400

60

40

+1,500

68,74

31,26

1,600

70

30

1,616

77,67

22,33

1,705

93

7

1,835

Химическая реакция в аккумуляторах

Как только нагрузка подключается через клеммы аккумулятора, разрядный ток начинает течь через нагрузку, и аккумулятор начинает разряжаться. Во время процесса разрядки кислотность раствора электролита уменьшается и приводит к образованию сульфатных отложений как на положительных, так и на отрицательных пластинах. В этом процессе разряда количество воды в растворе электролита увеличивается, что уменьшает его удельный вес.

Ячейки аккумуляторной батареи могут быть разряжены до заданного минимального напряжения и удельного веса. Полностью заряженная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея имеет напряжение и удельный вес, 2,2 В и 1,250 г/см3 соответственно, и эта ячейка обычно может разряжаться до тех пор, пока соответствующие значения не достигнут 1,8 В и 1,1 г/см3.

Состав электролита

Электролит содержит смесь серной кислоты и дистиллированной воды. Данные не будут точными при замерах, если водитель только что добавил воду. Нужно подождать некоторое время, чтобы свежая вода успела смешаться с существующим раствором. Перед тем как поднять плотность электролита, нужно помнить: чем больше концентрация серной кислоты, тем плотнее становится электролит. Чем выше плотность, тем выше уровень заряда.

Для раствора электролита наилучшим выбором является дистиллированная вода. Это минимизирует возможные загрязнения в растворе. Некоторые загрязняющие вещества могут вызывать реакцию с ионами электролита. Например, если смешивать раствор с солями NaCl, получится осадок, что изменит качество раствора.

Влияние температуры на емкость

Какая плотность электролита — это будет зависеть от температуры внутри батарей. Руководство пользователя для конкретных батарей уточняет, какая коррекция должна применяться. Например, в руководстве Surrette/Rolls для температур в диапазоне от -17,8 до -54,4оC при температуре ниже 21оC, снимается 0,04 для каждых 6 градусов.

Многие инверторы или контроллеры заряда имеют датчик температуры батареи, который прикрепляется к аккумулятору. У них обычно есть ЖК-дисплей. Указание инфракрасного термометра также даст необходимую информацию.

Прибор для измерения плотности

Ареометр плотности электролита используется для измерения удельного веса раствора электролита в каждой ячейке. Кислотная аккумуляторная батарея полностью заряжена с удельным весом 1,255 г/см3 при 26оС. Удельный вес — это измерение жидкости, которая сравнивается с базовой. Это вода, которой присваивается базовое число 1.000 г/см3.

Концентрация серной кислоты в воде в новой аккумуляторной батарее составляет 1.280 г/см3, это означает, что электролит весит в 1.280 г/см3 раз больше веса того же объема воды. Полностью заряженная батарея будет тестироваться на уровне до 1.280 г/см3, в то время как разряженная будет учитываться в диапазоне от 1.100 г/см3.

Процедура проверки ареометром

Температура считывания ареометра должна быть скорректирована до температуры 27оC, особенно в отношении плотности электролита зимой. Высококачественные ареометры оснащены внутренним термометром, который будет измерять температуру электролита, и включают шкалу преобразования для коррекции показаний поплавка. Важно признать, что температура значительно отличается от показателей окружающей среды, если автомобиль эксплуатируется. Порядок измерения:

  1. Несколько раз набрать резиновой грушей электролит в ареометр, чтобы термометр мог отрегулировать температуру электролита и замерить показания.
  2. Изучить цвет электролита. Коричневая или серая окраска указывает на проблему с батареей и является признаком того, что она приближается к концу своего срока службы.
  3. Набрать минимальное количество электролита в ареометр, чтобы поплавок свободно плавал без контакта с верхней или нижней частью измерительного цилиндра.
  4. Удерживать ареометр в вертикальном положении на уровне глаз и обратить внимание на показания, где электролит соответствует шкале на поплавке.
  5. Добавить или вычесть 0,004 доли единицы для показаний на каждые 6оC, при температуре электролита выше или ниже 27оC.
  6. Отрегулировать показания, например, если удельный вес 1.250 г/см3, а температура электролита составляет 32оC, значение 1.250 г/см3 дает скорректированное значение 1.254 г/см3. Аналогично, если температура составляла 21оC, вычесть значение 1.246 г/см3. Четыре балла (0.004) от 1.250 г/см3.
  7. Протестировать каждую ячейку и отметить показания, скорректированные до 27оC, перед тем как проверить плотность электролита.

Примеры измерения заряда

Пример 1:

  1. Показания ареометра — 1.333 г/см3.
  2. Температура 17 градусов, что на 10 градусов ниже рекомендуемого.
  3. Вычитаем 0,007 с 1,333 г/см3.
  4. Результат равен 1.263 г/см3, поэтому состояние заряда составляет около 100 процентов.

Пример 2:

  1. Данные плотности — 1,178 г/см3.
  2. Температура электролита — 43 градусов С, что на 16 градусов больше нормы.
  3. Добавляем 0,016 до 1,178 г/см3.
  4. Результат равен 1,194 г/см3, зарядка 50 процентов.

СОСТОЯНИЕ ЗАРЯДА

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС г / см3

100%

1,265

75%

1,225

50%

1,190

25%

1,155

0%

1,120

Таблица плотности электролита

Нижеследующая таблица температурной коррекции является одним из способов объяснить резкие изменения значений плотности электролита при различных температурах.

Чтобы использовать эту таблицу, нужно знать температуру электролита. Если измерение по каким-то причинам невозможно, то лучше использовать температуру окружающего воздуха.

Таблица плотности электролита приводится ниже. Это данные в зависимости от температуры:

% 100 75 50 25 0
-18 1,297 1,257 1,222 1,187 1,152
-12 1,293 1,253 1,218 1,183 1,148
-6 1,289 1,249 1,214 1,179 1,144
-1 1,285 1,245 1,21 1,175 1,14
4 1,281 1,241 1,206 1,171 1,136
10 1,277 1,237 1,202 1,167 1,132
16 1,273 1,233 1,198 1,163 1,128
22 1,269 1,229 1,194 1,159 1,124
27 1,265 1,225 1,19 1,155 1,12
32 1,261 1,221 1,186 1,151 1,116
38 1,257 1,217 1,182 1,147 1,112
43 1,253 1,213 1,178 1,143 1,108
49 1,249 1,209 1,174 1,139 1,104
54 1,245 1,205 1,17 1,135 1,1

Как видно из этой таблицы, плотность электролита в аккумуляторе зимой намного выше, чем в теплое время года.

Техническое обслуживание аккумуляторной батареи

Эти батареи содержат серную кислоту. При работе с ними всегда нужно использовать защитные очки и резиновые перчатки.

Если ячейки перегружены, физические свойства сульфата свинца постепенно изменяются, и они разрушаются, из-за чего нарушается процесс зарядки. Следовательно, плотность электролита уменьшается из-за низкой скорости химической реакции.

Качество серной кислоты должно быть высоким. В противном случае батарея может быстро стать неработоспособной. Низкий уровень электролита помогает высушить внутренние пластины устройства, после чего будет невозможно восстановить аккумулятор.

Сульфированные батареи можно легко распознать, просмотрев измененный цвет пластин. Цвет сульфатированной пластины становится светлее, а его поверхность становится желтой. Такие ячейки и демонстрируют снижение мощности. Если сульфирование происходит в течение длительного времени, наступают необратимые процессы.

Чтобы избежать этой ситуации, рекомендуется заряжать свинцово-кислотные аккумуляторные батареи в течение длительного времени при низкой скорости зарядного тока.

Всегда существует высокая вероятность повреждения клеммных колодок батарейных ячеек. Коррозия в основном поражает болтовые соединение между ячейками. Этого можно легко избежать, если обеспечить герметичность каждого болта с покрытием тонким слоем специальной смазки.

Во время зарядки аккумулятора существует высокая вероятность кислотного распыления и газов. Они могут загрязнять атмосферу вокруг батареи. Следовательно, около батарейного отсека нужна хорошая вентиляция.

Эти газы взрывоопасны, следовательно, открытое пламя не должно попадать внутрь пространства, где заряжаются свинцовые аккумуляторы.

Чтобы предотвратить взрыв батареи, который может привести к серьезным травмам или смерти, нельзя вставлять металлический термометр в аккумулятор. Нужно использовать ареометр со встроенным термометром, который предназначен для тестирования батарей.

Срок службы источника тока

Производительность батареи ухудшается с течением времени, независимо от того, используется она или нет, она также ухудшается при частых циклах заряда-разряда. Срок службы — это время, когда неактивная батарея может быть сохранена до того, как она станет непригодной для применения. Обычно считается, что это около 80% от ее первоначальной емкости.

Существует несколько факторов, которые существенно влияют на срок службы батареи:

  1. Циклическая жизнь. Время автономной работы определяется в основном циклами использования батареи. Обычно срок службы от 300 до 700 циклов при нормальном использовании.
  2. Эффект глубины разряда (DOD). Отказ от более высокой производительности приведет к сокращению жизненного цикла.
  3. Температурный эффект. Это является основным фактором производительности батареи, срока годности, зарядки и контроля напряжения. При более высоких температурах в батарее происходит большая химическая активность, чем при более низких температурах. Для большинства батарей рекомендуется использовать температурный диапазон -17 до 35оС.
  4. Напряжение и скорость перезарядки. Все свинцово-кислотные батареи выделяют водород из отрицательной пластины и кислород из положительной во время зарядки. Аккумулятор может хранить только определенное количество электроэнергии. Как правило, батарея заряжается на 90% за 60% времени. А 10% оставшегося объема батареи заряжается около 40% общего времени.

Хорошее время жизни батарей — от 500 до 1200 циклов. Фактический процесс старения приводит к постепенному снижению емкости. Когда ячейка достигает определенного срока службы, она не перестает работать внезапно, этот процесс растянут во времени, за ним нужно следить, чтобы своевременно подготовиться к замене аккумулятора.

Плотность электролита в аккумуляторе — какая должна быть

Автомобильный аккумулятор предназначен для обеспечения бортовой сети транспортного средства и накопления энергии, которую вырабатывает генератор. Больше века кислотно-свинцовые батареи применяются в автомобильной промышленности и по-прежнему удерживают лидирующие позиции. Причина долголетия проста – высокая эффективность при дешевой себестоимости. Подобные батареи состоят из гальванических элементов, которые взаимодействуя с водным раствором серной кислоты, вырабатывают электрическую энергию. Такие источники питания имеют стабильную плотность электролита в аккумуляторе, отличаются высокой морозоустойчивостью и длительным сроком работы.

Плотность электролита

Электролит — это основной компонент аккумулятора, а именно, вещество, проводящее электрический ток вследствие распада на ионы в растворе. Основным свойством, которое необходимо знать при использовании АКБ в автомобиле, является

плотность электролита — в науке данный термин означает соотношение массы жидкости к занимаемому объему. В АКБ роль раствора выполняет электролит, состоящий из кислоты и дистиллированный воды.

Непосредственно плотность зависит от температуры электролита (чем ниже температура, тем выше плотность). Работа аккумулятора – это чередование циклов разрядки и зарядки, во время которых происходит широкий спектр химических реакций. При разрядке батареи химическая энергия трансформируется в электрический ток, при зарядке электричество превращается в химическую энергию. Данные процессы оказывают серьезное влияние на плотность электролитического раствора. Процесс зарядки повышает плотность электролита, разряд элемента питания – понижает это значение.

Температура замерзания электролита в зависимости от плотности — Таблица 1

С помощью прибора ареометра можно замерить плотность электролита в аккумуляторе, а также точно определить степень зарядки АКБ. При полном разряде батареи, показатель плотности падает настолько, что между пластинами остается практически дистиллированная вода. Сульфат свинца, который избыточно вырабатывается во время разряда, полноценно не расходуется при зарядке батареи и покрывает свинцовые пластины белым налетом. Сульфатация негативно влияет на емкость аккумулятора, сокращая рабочий ресурс источника питания. Свинцовые пластины со временем начинают осыпаться, что приводит к короткому замыканию внутри батареи.

Поскольку электролит является смесью воды и кислоты, то плотность электролита в аккумуляторе может возрастать. При зарядке АКБ происходит электролиз – выкипание дистиллированной воды из корпуса, благодаря чему концентрация кислоты в растворе возрастает, увеличивая его плотность. Печальная перспектива электролиза очевидна. Потеря воды неизбежно приведет к уменьшению уровня жидкости. Свинцовые пластины оголятся и вступят в химическую реакцию с кислородом, что приведет к осыпанию свинца и выходу батареи из строя. Именно поэтому важно остановить зарядку батареи при первых признаках кипения жидкости и своевременно доливать дистиллят при низком уровне электролита в обслуживаемых батареях.

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе

Отечественные автовладельцы ведут отчаянный спор о правилах эксплуатации аккумуляторных батарей. Количество автомобилей стремительно растет, и каждый водитель пытается сформулировать свою позицию по данному вопросу. Даже среди профильных специалистов мнения существенно разнятся. Поэтому будем отталкиваться от рекомендаций производителей, ведь только разработчики элементов питания способны сформулировать нюансы эксплуатации собственных изделий. Любая новая АКБ имеет сопроводительную инструкцию, в которой конкретно прописаны мероприятия по техническому обслуживанию.

Аккумуляторная батарея негативно воспринимает и повышенную, и пониженную плотность электролита. Высокий показатель плотности активизирует химические процессы, делая электролит «агрессивным», что приводит к значительному снижению рабочего ресурса изделия. Низкая плотность уменьшит емкость АКБ, что способствует проблемам запуска силового агрегата, особенно в зимнее время. Именно по этой причине необходимо придерживаться значений, рекомендованных производителем. Плотность полностью заряженного нового аккумулятора должна составлять 1.27 г/см3 при температуре +25 °С. При жарком климате допускается понижение плотности на 0,01 г/см3 , а при морозах — на 0,01 — 0,02 г/см3 больше.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Современный аккумулятор – устройство, сбалансированное и беспричинно корректировать электролит бессмысленно. Плотность электролита в аккумуляторе 1.27 г/см3 не позволит кристаллизоваться жидкости до –50°С. Подобные экстремальные температуры встречаются только на крайнем севере. В таких регионах плотность увеличивают, чтобы предотвратить замерзание электролита. Лучше своевременно заряжать батарею и не допускать разряда, чтобы показатель плотности держался в номинальном значении. Поскольку температура окружающей среды изменчива, то для замера плотности электролита предлагаем использовать специальную таблицу с поправками.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом — Таблица 2

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Данную процедуру необходимо выполнять с периодичностью в три месяца или каждые 15-20 тыс. км, дабы контролировать работоспособность элемента питания. Также замеры производят при покупке новой батареи или при возникновении проблем во время запуска двигателя. Проверку можно выполнить на станции технического обслуживания или самостоятельно в условиях гаража. Перед проверкой показателя электролита следует полностью зарядить аккумулятор и сделать временную паузу длительностью шесть часов. Ведь во время зарядки плотность электролита повышается и информация будет некорректной. Для процедуры измерения потребуется ареометр, который можно приобрести в любом автомагазине. Данное устройство вполне доступно, так как имеет низкую цену.

Для работы потребуется:

  • Ареометр
  • Защитные очки
  • Сухая хлопчатобумажная ткань
  • Резиновые перчатки.

Перед измерением источник питания необходимо установить на ровную поверхность и выкрутить заглушки. Далее следует рукой сжать резиновую грушу прибора и опустить наконечник ареометра в крайнюю банку АКБ. Погрузив устройство в электролит, грушу можно отпустить. Разряженный воздух в колбе, начнёт засасывать жидкость из банки. Теперь нужно визуально оценить уровень раствора в ареометре. Количество жидкости должно позволить измерительному поплавку свободно плавать внутри прибора.

После того, как поплавок прекратит колебательные движения, можно зафиксировать показатель плотности электролита, который должен составлять 1,24 – 1,29 г/см3. Если цифры существенно отличаются, то следует выполнить коррекцию плотности раствора. Аналогичные процедуры необходимо произвести со всеми банками аккумулятора. Следует помнить, что любые операции с электролитом необходимо выполнять в защитных перчатках и очках. После завершения работ пластиковый корпус АКБ рекомендуется насухо протереть чистой тряпкой, дыбы исключить саморазряд батареи.

Коррекция плотности электролита

Эксплуатация автомобиля подразумевает циклическую нагрузку на АКБ, во время которой катализатор электрохимического процесса изменяет свою структуру. Поскольку электролит состоит из кислоты(35%) и дистиллированной воды(65%), то это соотношение способно изменяться в зависимости от степени заряженности источника энергии. Во время движения транспортного средства генератор постоянно подает на батарею электрический ток.

Когда емкость восстанавливается, начинается процесс электролиза, во время которого электролит закипает и испаряется. Аналогичный процесс происходит при длительной зарядке специальным устройством. Количество воды в растворе уменьшается, из-за чего увеличивается плотность и убавляется объем жидкости. Чтобы восстановить номинальное значение необходимо долить дистиллированную воду в каждую банку батареи.

Причины снижения плотности электролита

Чтобы поддержать работоспособность элемента питания автовладельцы добавляют в батарею дистиллированную воду, забывая проверить показатели плотности. Большая концентрация воды приводит к сильному электролизу, во время которого вместе с водой начинает испаряться серная кислота, что снижает плотность электролита. Со временем содержание кислоты в растворе становится критическим и раствор перестает выполнять функцию катализатора химических процессов, что негативно отражается на функциональности аккумулятора.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях

Любая батарея состоит из нескольких банок, поэтому, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется корректировать электролитический раствор в каждой отдельной емкости. С помощью спринцовки жидкость выкачивается и отправляется в мерную емкость. После чего в банку заливается аналогичное количество нового электролита, который в готовом виде можно приобрести в магазине. Данная операция выполняется с каждой банкой, после чего аккумулятор необходимо зарядить в течение 30 минут, чтобы раствор перемешался. Затем после двухчасовой паузы повторно измеряем показатели плотности. При необходимости нужно повторить коррекцию электролита. Важно помнить, что разность плотности в банках не должна превышать 0.01 г/см3.

Бывают ситуации, когда показатель плотности падает ниже значения 1.18 г/см3. В таких случаях вышеописанная технология не поможет восстановить работоспособность батареи – необходима полная замена электролитического раствора.

Как поднять плотность электролита зарядным устройством

Существует еще один способ, которым следует поделиться. Он требует меньших трудозатрат и больше времени. Суть процесса проста – необходимо поставить батарею на зарядку, выставив минимальный ток (не более 1A). Достигнув полного заряда, аккумуляторная батарея начнет «кипеть». При этом дистиллированная вода будет активно испаряться. Уровень жидкости в корпусе постепенно снизится. Вместо испарившейся воды, доливаем электролит номинальной плотности. Процесс очень длительный, однако, за несколько суток можно добиться необходимого результата.

Как заменить электролит в аккумуляторе

С помощью замены электролита в аккумуляторе владелец автомобиля может значительно продлить рабочий ресурс АКБ. Замена потребует наличие следующих компонентов:

  • Стеклянная линейка с узкой горловиной
  • Емкость с дистиллятом
  • Электролит необходимой плотности
  • Зарядное устройство
  • Ареометр
  • Пищевая сода
  • Средства защиты: (перчатки, фартук, очки)
  • Резиновая груша
  • Чистая ветошь.

Снятый с машины аккумулятор, тщательно протираем чистой ветошью, удаляя с поверхности грязь и пыль. Рекомендуется производить замену при комнатной температуре. После демонтажа крышек с банок производится откачка раствора. Переворачивать АКБ категорически запрещено, ведь химический осадок, скопившийся на дне, способен вызвать короткое замыкание в пластинах, после чего батарея придёт в негодность. Для удаления остатков электролита необходимо на дне каждой банки просверлить небольшое отверстие, через которое вытекут остатки жидкости.

Теперь в пустые банки заливается дистиллят, чтобы тщательно промыть внутренности батареи. Далее необходимо запаять отверстия специальным пластиком стойким к воздействию кислот. С помощью стеклянной воронки заливаем до необходимого уровня новый электролит, после чего аккумулятор ставится на зарядку. Для восстановления оптимальной емкости источник питания следует разрядить и снова зарядить. Заряженная полностью батарея должна выдавать напряжение 12.7 В. Процесс замены окончен, аккумулятор можно устанавливать на автомобиль.

Использованный электролит необходимо правильно утилизировать. Для этой цели потребуется сода, которая является щелочью и способна нейтрализовать разрушительное действие серной кислоты. В емкость с раствором высыпаем половину пачки соды и наблюдаем бурную химическую реакцию. После окончания бурления получившуюся субстанцию можно вылить в канализацию.

И напоследок совет: своевременно проверяйте плотность электролита своего аккумулятора и регулярно заряжайте батарею. Тогда источник питания «отблагодарит» своего хозяина длительной и бесперебойной работой.

24 ноября 2011

Аккумулятор — это маленькое сердце мотора и его бесперебойная работа жизненно необходима для запуска.
двигателя. Многим автомобилистам знакома ситуация, когда машина неожиданно перестает заводиться или на некоторых автомобилях при разряженной батарее в нее просто не попасть, так как машина не открывается. Приходится вызывать мастера по вскрытию автомобиля, ждать его приезда.  День полностью летит под откос, все планы рушатся. Поэтому очень важно правильно эксплуатировать АКБ, а в случае необходимости, вовремя заменить.

Так что же влияет на продолжительность жизни аккумулятора?

Одной из причин, по которой аккумулятор выходит из строя, является температурные условия окружающей среды. Низкие и высокие температуры снижают срок службы батареи.

У большинства автомобилей аккумулятор находится по соседству с двигателем, который нагревает его, что снижает срок службы в несколько раз. Фирмы Audi, BMW, Jaguar и Rolls-Royse убрали аккумулятор из двигательного отсека, а недостатки наличия дополнительного провода уравновесились повышенной надежностью батареи. В моделях класса «супермини» аккумуляторы всегда находились в багажнике.

Есть и другие решения. Например, в новой модели Peugeot 406 устанавливается аккумулятор с двойным корпусом. Между стенками прогоняется воздух, что предохраняет батарею от перегрева. Но не все являются счастливыми обладателями машины, у которой конструктивно аккумулятор защищен от перегрева. Поэтому не удивляйтесь, если после жаркого лета аккумулятор внезапно «умирает».

В зимнее время важно контролировать уровень заряда в аккумуляторе. При разряде АКБ снижается плотность электролита, то есть уменьшается удельное количество серной кислоты, содержащейся в растворе электролита, и образуется вода. При плотности 1,11 г/см3 электролит замерзнет уже при -7 0С, а при плотности 1,27 г/см3 – только при -58 0С.

Плотность электролита у исправной полностью заряженной АКБ для условий центральных районов страны должна быть 1,27 ÷1,28г/см3 при +25С и нормальном уровне над блоками пластин. В южных районах страны значение плотности электролита 1,24 ÷1,25г/см3 . В районах Сибири плотность электролита в АКБ на зимний период устанавливают 1,30г/см3 (чтобы частично разряженная АКБ при минус 40 ÷45С не разрушалась льдом), а на летний период плотность снижают, чтобы уменьшить разрушение пластин в этот период от высокой плотности электролита.

Если батарею  в разряженном состоянии оставить на морозе , то образовавшаяся вода замерзнет, расширится и деформирует корпус. Такой аккумулятор восстановлению не подлежит. Если вам повезло, и батарея замерзла не на весь объем,обошлось без деформации корпуса, то ее можно восстановить. Лед должен полностью растаять при комнатной температуре, и только потом следует зарядить АКБ.

Если при запуске двигателя в зимнее время аккумулятор разрядился в «ноль», какие действия нужно предпринять? Глубокий разряд вреден для любой батареи. Если это произошло, то необходимо зарядить аккумулятор от стационарного зарядного устройства, но не позднее чем через 2-3 дня после глубокого разряда батареи.  

Еще одной причиной быстрого износа аккумулятора является режим эксплуатации автомобиля. Многочасовое простаивание в пробках приводит к тому, что генератор не может обеспечить энергией все энергопотребители  в машине. Дополнительным источником энергии становится аккумулятор.За 45 минут такой работы средний АКБ может истощиться настолько, что повторный запуск выключенного двигателя окажется уже невозможным. Для восстановления потребуется не меньше 30 минут нормальной езды, прежде чем можно будет снова остановиться. Такие глубокие разряды ведут к сульфатации аккумулятора и уменьшении его емкости (емкость аккумулятора прямо пропорциональна площади поверхности пластин, покрытой активными веществами. У засульфатированного аккумулятора, часть активных веществ связана в сульфате свинца, а часть поверхности пластин покрыта не активными веществами, а сульфатом. Поэтому при разряде засульфатированный аккумулятор отдает меньшую емкость, чем аккумулятор в нормальном состоянии). К сожалению, пробки не исчезают с дорог мегаполиса. Поэтому рекомендуется ставить на машину аккумулятор, максимальный по емкости и пусковым токам . Можно ли устанавливать батарею большей емкости, чем рекомендована заводом изготовителем автомобиля? Можно, если в этом есть необходимость, например, установлено дополнительное электрооборудование,  или автомобиль эксплуатируется в условиях экстремально низких температур. Даже скромный двухканальный усилитель мощности потребляет приличное количество энергии – уже после 15-минутной демонстрации возможностей аудиосистемы вольтметр высвечивает под нагрузкой жалкие 11,4 В вместо привычных 12,5 В! Словом, любители мощных аудиоустановок, имейте в виду – иногда инсталляторы  умалчивают о том, откуда брать запас электроэнергии для «дракона» — усилителя, этот вопрос решается только одним путем – заменой генератора более мощным и установкой пары АКБ. Аккумулятор должен подходить по габаритам.

Еще одним не маловажным фактором, влияющим на срок службы аккумулятора, является интенсивность его эксплуатации. Жизнь аккумулятора измеряется в циклах. Один цикл – это «заряд-разряд».Увеличивая количество циклов, мы уменьшаем срок службы АКБ. Не используйте АКБ для сторонних энергопотребителей, например, на природе, на даче и.т.д. Без специального оборудования невозможно определить степень заряда батареи и просчитать динамику разрядки, а значит, велика вероятность глубокого разряда. Используйте для этих целей резервный аккумулятор. Тоже самое относится и к  «прикуриванию» другого  автомобиля. Это можно делать при соблюдении определенных требований. Двигатель автомобиля, от которого осуществляют «прикуривание», должен быть обязательно выключен. При этом надо помнить, что нельзя прикуривать автомобиль у которого емкость аккумулятора больше вашего.

Так же на  срок службы аккумулятора влияет  исправность электрооборудования в автомобиле. Не правильно установленное оборудование ведет к утечке тока.   Как правило , она начинает себя проявлять в полную силу зимой, поскольку аккумулятор уже не может при низкой температуре долгое время  держать номинальную емкость. Если в автомобиле не работает генератор, то все энергопотребители питаются от аккумулятора, что ведет к его глубокому разряду , а в дальнейшем , к выходу из строя.

« все статьи

Основы аккумуляторов — Progressive Dynamics

Какой тип аккумуляторов рекомендуется? Преобразователи, оснащенные Wizard.
Залитая свинцово-кислотная батарея глубокого цикла, AGM, гелевая ячейка
Размер батареи не должен быть меньше размера преобразователя в AMPS.
аккумулятор
Повлияет ли выравнивание на аккумуляторы AGM? Выравнивание, применяемое в обычном смысле к зарядным устройствам для батарей в Лос-Анджелесе, означает до 15,5 вольт в течение периода, часто превышающего час.
Используемый нами цикл выравнивания мягкий, 14,4 В в течение 15 минут каждые 21 час в режиме хранения. Было доказано, что это хорошо снижает сульфатацию в свинцово-кислотных аккумуляторных батареях. Это также не влияет на AGM.
Производители AGM заверили нас, что профиль, который мы используем, подходит для аккумуляторов AGM.
Разряжаются ли свинцово-кислотные батареи, когда они не используются? Все батареи, независимо от их химического состава, саморазряжаются.Скорость саморазряда свинцово-кислотных аккумуляторов зависит от температуры хранения или эксплуатации. При температуре 80 градусов по Фаренгейту свинцово-кислотная батарея саморазряжается со скоростью примерно 4% в неделю. Аккумулятор емкостью 125 ампер-часов будет саморазряжаться со скоростью примерно пять ампер в неделю. Имея это в виду, если аккумулятор емкостью 125 Ач будет храниться в течение четырех месяцев (16 недель) зимой без подзарядки, он потеряет 80 ампер из своей 125-амперной емкости. Он также будет иметь сильную сульфатацию, что вызывает дополнительную потерю емкости.Держите батареи заряженными, когда они не используются! свинцово-кислотный
У свинцово-кислотных аккумуляторов есть память? Свинцово-кислотные аккумуляторы не имеют памяти. свинцово-кислотный
Нужно ли полностью разряжать свинцово-кислотную батарею перед ее зарядкой? Нет, на самом деле вы никогда не должны разряжать свинцово-кислотную батарею ниже 80% ее номинальной емкости. Разрядка ниже этой точки или 10,5 вольт может привести к его повреждению. свинцово-кислотный
Когда мне нужно выполнить уравнительный заряд? Балансировка должна выполняться при первой покупке батареи (так называемая освежающая зарядка) и на регулярной основе (каждые 10 циклов разрядки или не реже одного раза в месяц). Снижение производительности также может указывать на необходимость выравнивающей зарядки. свинцово-кислотный
Что такое уравнительный заряд? Уравнительный заряд для 12-вольтовой батареи требует, чтобы она заряжалась напряжением не менее 14 В.4 вольта в течение как минимум одного часа один раз в месяц или каждые 10 циклов разрядки. Уравнительный заряд предотвращает расслоение батареи и уменьшает сульфатацию, которая является основной причиной выхода батареи из строя. свинцово-кислотный
Когда следует доливать воду в батареи? Частота полива зависит от частоты использования и подзарядки батарей. Также использование батарей в жарком климате потребует более частого полива. Лучше всего часто проверять уровень воды в аккумуляторе и при необходимости добавлять дистиллированную воду.Никогда не добавляйте водопроводную воду в аккумулятор. Водопроводная вода содержит минералы, которые снижают емкость аккумуляторов и увеличивают скорость их саморазряда.

Предупреждение. В новой батарее может быть низкий уровень электролита. Сначала зарядите аккумулятор, а затем добавьте воды, если это необходимо. Добавление воды в аккумулятор перед зарядкой может привести к переливу электролита.

свинцово-кислотный
Каков правильный уровень электролита? Уровень электролита в аккумуляторе должен быть чуть ниже дна вентиляционного колодца, примерно на ½–¾ дюйма выше верхней части сепараторов.Никогда не позволяйте уровню электролита опускаться ниже верхней части пластин. свинцово-кислотный
Нужно ли доливать кислоту в аккумулятор? При нормальных условиях эксплуатации доливать кислоту не требуется. Для достижения рекомендуемого уровня электролита следует добавлять только дистиллированную или деионизированную воду. свинцово-кислотный
Могут ли мои батареи замерзнуть? Если аккумулятор частично разряжен, электролит в свинцово-кислотном аккумуляторе может замерзнуть.При уровне заряда 40 % электролит замерзнет, ​​если температура упадет примерно до -16 градусов по Фаренгейту. Когда аккумулятор полностью заряжен, электролит не замерзнет, ​​пока температура не упадет примерно до -92 градусов по Фаренгейту. свинцово-кислотный
Какие ошибки чаще всего допускают владельцы свинцово-кислотных аккумуляторов? Недостаточный заряд. Обычно возникает из-за того, что зарядное устройство не позволяет полностью зарядить аккумулятор после использования. Продолжительная эксплуатация аккумулятора в частично заряженном состоянии или хранение аккумулятора в разряженном состоянии приводит к образованию сульфата свинца (сульфатации) на пластинах.Сульфатация снижает производительность батареи и может привести к ее преждевременному выходу из строя.
Перезарядка. Непрерывная зарядка вызывает ускоренную коррозию положительных пластин, чрезмерное потребление воды и, в некоторых случаях, вредную температуру внутри батареи. Свинцово-кислотные аккумуляторы следует заряжать после каждого разряда более чем на 50% их номинальной емкости, а также во время или после длительного хранения в течение 30 и более дней.
Недостаточное увлажнение — В свинцово-кислотных батареях вода теряется в процессе зарядки.Если уровень электролита упадет ниже верха пластин, может произойти непоправимое повреждение. Часто проверяйте уровень воды в аккумуляторе.
Чрезмерное увлажнение. Чрезмерное увлажнение батареи приводит к дополнительному разбавлению электролита, что приводит к снижению производительности батареи. Добавляйте воду в аккумулятор после его полной зарядки, никогда, если аккумулятор частично разряжен.
свинцово-кислотный
Могу ли я снизить потребность в добавлении воды в аккумулятор, снизив зарядное напряжение до 13 вольт или менее? Снижение зарядного напряжения уменьшит потребность в добавлении воды, но вызовет состояние, известное как расслоение батареи.Расслоение аккумуляторной батареи происходит, когда серная кислота в смеси электролитов отделяется от воды и начинает концентрироваться на дне аккумуляторной батареи.

Эта повышенная концентрация кислоты увеличивает образование сульфата свинца (сульфатирование). Для предотвращения расслоения ваш аккумулятор должен периодически проходить уравнительный заряд (повышение зарядного напряжения до 14,4 вольта и выше).

свинцово-кислотный
Как работают свинцово-кислотные аккумуляторы? Основные сведения об аккумуляторах свинцово-кислотные
AGM
Как ухаживать за свинцово-кислотными батареями? Управление батареями 101 свинцово-кислотные
AGM
Какой размер батареи? Калькулятор банка аккумуляторов для жилых автофургонов свинцово-кислотный
Аккумуляторная батарея какого размера для инвертора? Калькулятор банка аккумуляторов для жилых автофургонов свинцово-кислотный

Воздействие температуры на батареи — Intercel Services B.В.

Емкость батареи (сколько ампер-часов она может удерживать) уменьшается при понижении температуры и увеличивается при повышении температуры. Вот почему ваш автомобильный аккумулятор садится холодным зимним утром, хотя днем ​​ранее он работал нормально. Если ваши аккумуляторы проводят часть года, дрожа на морозе, при выборе размера системных аккумуляторов необходимо учитывать уменьшенную емкость. Стандартная оценка для батарей при комнатной температуре 25 градусов C (около 77 F). Примерно при -22 градусах по Фаренгейту (-30 С) емкость Ач падает до 50%.При заморозке емкость снижается на 20%. Емкость увеличивается при более высоких температурах — при 122 градусах по Фаренгейту емкость батареи будет примерно на 12% выше.

Широкий диапазон температур

Напряжение зарядки аккумулятора также зависит от температуры. Оно будет варьироваться примерно от 2,74 В на элемент (16,4 В) при -40 C до 2,3 В на элемент (13,8 В) при 50 C. аккумуляторы находятся на улице и/или подвержены сильным перепадам температуры.

Внутренняя температура аккумулятора

Термическая масса означает, что поскольку они имеют такую ​​большую массу, их внутренняя температура будет изменяться гораздо медленнее, чем температура окружающего воздуха. Большой блок изолированных батарей может колебаться внутри всего на 10 градусов в течение 24 часов, даже если температура воздуха колеблется от 20 до 70 градусов. По этой причине внешние (дополнительные) датчики температуры должны быть присоединены к одной из ПОЗИТИВНЫХ пластинчатых клемм и немного увязаны с какой-либо изоляцией на клемме.Затем показания датчика будут очень близки к фактической внутренней температуре батареи.

Срок службы батареи сокращается при более высоких температурах

Несмотря на то, что емкость батареи при высоких температурах выше, срок службы батареи сокращается. Емкость батареи уменьшается на 50% при -22 градусах по Фаренгейту, но срок службы батареи увеличивается примерно на 60%. Срок службы батареи сокращается при более высоких температурах — на каждые 15 градусов по Фаренгейту сверх 77 срок службы батареи сокращается вдвое. Это справедливо для ЛЮБОГО типа свинцово-кислотных аккумуляторов, будь то герметичные, гелевые, AGM, промышленные или любые другие.На самом деле это не так плохо, как кажется, поскольку батарея имеет тенденцию усреднять хорошие и плохие времена.

И последнее замечание о температурах. В некоторых местах с очень холодными или жаркими условиями могут продаваться аккумуляторы, которые НЕ имеют стандартную концентрацию электролита (кислоты). Электролит может быть более сильным (для холодного) или более слабым (для очень жаркого) климата. В таких случаях удельный вес и напряжение могут отличаться от того, что мы показываем.

Посмотреть все часто задаваемые вопросы

Полное руководство по автомобильному аккумулятору зимой

Какой аккумулятор подходит? Ответ зависит от автомобиля и условий эксплуатации.Так что в теплую погоду подуставший аккумулятор будет работать без нареканий. Но как только ударят морозы, многие автовладельцы побегут в магазин. В этой статье мы обсудили, как зима влияет на автомобильные аккумуляторы, чтобы грамотно подойти к выбору нового аккумулятора с учетом зимнего времени года, правильной эксплуатации и обслуживанию автомобильного аккумулятора зимой и т. д.

Основные характеристики автомобильного аккумулятора

Ключевыми параметрами любого аккумулятора являются емкость и пусковой ток. Емкость — это количество ампер-часов, которое полностью заряженный аккумулятор может отдать потребителю электроэнергии (фарам, аудиосистеме и т. д.).). Простыми словами, емкость аккумулятора — это то, как долго аккумулятор может с пользой работать: крутить стартер, светить фарами и т. д.

Пусковой ток — это пиковый (максимальный) ток, который аккумулятор может отдать при запуске двигателя . Разным автомобилям требуются аккумуляторы с разным пусковым током, в зависимости от тока потребления стартера (мощности стартера). А вот при минус 30 пусковой ток снижается почти на 50%, именно по этой причине «запас» по пусковому току будет кстати.

Пусковой ток должен соответствовать значению, указанному производителем на этикетке самого аккумулятора, у каждого он индивидуален. Чем выше значение пускового тока, тем лучше батарея крутит стартер.

Новый аккумулятор должен иметь напряжение холостого хода не менее 12,6 В, а напряжение нагрузки не менее 9,6 В. В процессе эксплуатации из-за истощения ресурса емкость аккумулятора и пусковой ток постоянно снижаются.

Установка слабой батареи значительно сократит срок службы батареи.

Чтобы узнать больше о плюсах и минусах автомобильного аккумулятора, вы можете посетить статью ниже:

Для холодных зон, таких как штаты северной части США, рекомендуется устанавливать аккумуляторы с максимальной емкостью и пусковыми токами, при условии, что габариты батареи не превышают габаритов сиденья.

Типы аккумуляторов по удобству обслуживания

Разница между обслуживаемыми и необслуживаемыми аккумуляторами заключается в доступе к электролиту: у первого есть доступ к электролиту, у второго нет.Необслуживаемые аккумуляторы более современные по технологии производства и своим характеристикам.

Если электрооборудование в автомобиле исправно и стабильно работает, то лучше установить необслуживаемый аккумулятор, так как он менее требователен в плане обслуживания и практически не имеет расхода воды.

Типы аккумуляторов по технологии

Практически все стартерные аккумуляторы, используемые в автомобилях, изготавливаются по свинцово-кислотной технологии: это классические аккумуляторы с жидким электролитом, аккумуляторы с жидким электролитом EFB, аккумуляторы AGM и аккумуляторы GEL (гелевые).В аккумуляторе AGM между пластинами установлены стекломаты, пропитанные электролитом; они не содержат электролита в жидком состоянии, в отличие от классических аккумуляторов. В гелевых батареях электролит находится не в жидком, а в гелеобразном состоянии.

Аккумуляторы AGM и GEL заряжаются быстрее и лучше выдерживают глубокий разряд. Они предназначены для автомобилей, оснащенных дополнительным оборудованием и системой «старт-стоп».

Правильная эксплуатация и уход за автомобильным аккумулятором зимой

Самая распространенная ошибка автолюбителей заключается в том, что они забывают об этом после установки нового аккумулятора.Не проводить диагностику, не следить за уровнем электролита. Эксплуатация аккумулятора в частично разряженном состоянии, с низким уровнем электролита значительно сокращает срок его службы.

Диагностику аккумуляторной батареи и электрических параметров бортовой сети автомобиля, а также техническое обслуживание аккумуляторной батареи рекомендуется проводить четыре раза в год, причем в обязательном порядке осенью перед началом холодного сезона и весной после мороз, так как работа при экстремальных температурах «изнашивает» аккумулятор.

Необходимо регулярно проверять напряжение на клеммах аккумулятора. Если оно упадет ниже минимально допустимого значения 12,6 В, срочно подзарядите аккумулятор. При 100% заряде напряжение на клеммах аккумулятора должно быть: 12,7-12,9 В для аккумулятора с жидким электролитом (плотность электролита будет 1,27-1,3 г/см 3 ), и не менее 12,8 В, для AGM и гелевые аккумуляторы. Не забудьте дать батарее остыть в течение часа после зарядки, чтобы показания отражали факты.

Удобно, если на аккумуляторе есть индикатор – это простейший ареометр, встроенный в одну из банок аккумулятора. Если под рукой нет более точных диагностических приборов, то поможет примерно оценить уровень электролита и его плотность, что напрямую укажет на уровень заряда аккумулятора.

Правильная зарядка аккумуляторов, особенно произведенных по современным технологиям AGM и GEL, требует определенных знаний, навыков, оборудования, контроля за допустимыми пределами температуры, силы тока и напряжения.Automotive Network предоставляет своим клиентам бесплатное обслуживание в течение всего срока службы аккумулятора.

Если аккумуляторная батарея длительное время не используется, ее необходимо отключить от бортовой сети автомобиля и других потребителей электроэнергии. Лучше, если температура хранения будет от нуля до минус 15 градусов, в этом случае саморазряд аккумулятора ниже.

Как мороз влияет на автомобильный аккумулятор зимой

Автомобильные аккумуляторы предназначены для круглогодичного использования.Однако зимой следует обращать внимание на установленный производителем температурный режим работы батареи. Как правило, все модели современных автомобильных аккумуляторов могут эксплуатироваться при температуре воздуха до -40°С, но есть аккумуляторы, нормальная работа которых гарантируется производителями даже при морозе до -70°С. автомобильных аккумуляторов в зимнее время года имеет свои особенности и риски.

Для запуска очень холодного двигателя требуется повышенный расход энергии аккумулятора, так как стартер вынужден работать дольше, чем в тепле.Следовательно, заряд батареи падает гораздо быстрее.

В короткий световой день фары и освещение салона работают очень долго. На их работу уходит больше энергии, вырабатываемой генератором и, соответственно, снижается эффективность зарядки аккумулятора от генератора.

В целом по сравнению с летним периодом количество работающего электрооборудования автомобиля зимой увеличивается, как и время его эксплуатации. Излишне говорить, что все это оборудование питается от генератора или аккумулятора.Соответственно, при работе от генератора увеличивается время зарядки аккумулятора, а при работе от аккумулятора последний быстрее разряжается.

В зимних условиях средняя скорость автомобиля обычно ниже, чем летом. Следовательно, генератор вырабатывает меньше энергии, необходимой для зарядки аккумулятора.

Снижение температуры электролита в аккумуляторе приводит к увеличению его вязкости, снижению электропроводности, затрудняет проникновение электролита в поры активной массы электродных пластин.Поэтому реальная эффективность зарядки аккумулятора от генератора снова заметно падает.

Низкая температура и повышенная влажность в моторном отсеке ухудшают качество работы электрооборудования автомобиля. Это также приводит к уменьшению заряда автомобильного аккумулятора и снижает его эффективность при запуске двигателя.

Итак, мы видим, что зима, особенно если она морозная, несет с собой массу угроз для правильной работы аккумулятора в вашем автомобиле.

Меры предосторожности, которые необходимо соблюдать зимой

Меры предосторожности, которые необходимо соблюдать зимой

 Следующие действия могут быть выполнены, чтобы зимние условия не привели к сильному падению заряда автомобильного аккумулятора:

1.Регулярно проверяйте натяжение ремня привода генератора, чтобы убедиться, что он не ослабевает.

2. Исключить длительную работу автомобильного электрооборудования при неработающем двигателе.

3. При длительном простое автомобиля отсоедините один из проводов от аккумуляторной батареи, если позволяют условия.

4. По возможности снимите аккумуляторную батарею с автомобиля на ночь и храните ее при отрицательных температурах.

5. Регулярно проверяйте плотность электролита в обслуживаемой батарее.При необходимости долейте дистиллированную воду.

6. Если у вас необслуживаемый аккумулятор, периодически измеряйте напряжение на его клеммах через 8-10 часов после выключения двигателя. Зарядите аккумулятор, если напряжение холостого хода (OCV) меньше 12,6 В.

Соблюдение этих правил позволит вам предотвратить резкое снижение заряда автомобильного аккумулятора и вызванные этим перебои в его работе даже в самые сильные морозы.

Общие правила выбора аккумулятора для автомобиля

Чтобы правильно выбрать аккумулятор для автомобиля, необходимо знать марку автомобиля, год выпуска, тип двигателя (бензиновый/дизельный/гибридный ), объем двигателя, оснащен ли автомобиль дополнительным оборудованием (отопитель, сигнализация с GPS, сабвуфер и т.д.), а также его режимы работы и хранения. После этого становится понятно, какого типоразмера, емкости, полярности аккумулятор подходит для данного автомобиля.

Выбор автомобильного аккумулятора на зиму

С понижением температуры плотность электролита уменьшается. Это приводит к потере электрической емкости аккумуляторной батареи, что является основным фактором, определяющим пусковые токи. В обслуживаемых батареях этот параметр можно контролировать с помощью ареометра, измеряющего плотность электролита батареи.Зимой рекомендуется поддерживать это значение в пределах 1,26–1,29. В необслуживаемых аккумуляторах контроль электролита не предусмотрен.

В батареях любого типа свинцовые пластины со временем выходят из строя. Этот процесс также снижает емкость аккумулятора. На плотность электролита также влияет состояние заряда батареи. В зимних условиях не всегда успевает восстановить свою электрическую мощность, особенно в режимах работы с короткими поездками и длительными стоянками.Дело в том, что при запуске холодного двигателя расходуется высокий пусковой ток. Для восстановления аккумулятора требуется около часа зарядки.

Подводя итог, можно резюмировать, что лучший аккумулятор для автомобиля зимой должен соответствовать следующим требованиям:

  • быть полностью заряженным – перед зимой стоит проверить работоспособность генератора и реле зарядки;
  • имеют полную емкость – изношенный аккумулятор уже частично потерял разрушенные свинцовые пластины;
  • быть полностью заправленным электролитом соответствующей сезону плотности – это относится только к обслуживаемым аккумуляторам.

Как вы понимаете, батарея не обязательно должна быть новой. Главное условие — он должен быть рабочим. Некоторые виды аккумуляторов, например, гелевые, позиционируются производителями как устройства с десятилетним ресурсом. Хотя на практике они редко служат более восьми лет, их не нужно заменять ежегодно.

Необслуживаемые аккумуляторы можно сдать на сервис в специализированную мастерскую, которая проведет полную диагностику и возможное обслуживание источника питания.

Зимняя проверка автомобильного аккумулятора

Рекомендации по выбору

Самый простой и действенный совет — обратиться к инструкции производителя. Там вы увидите лучшую конфигурацию автомобиля. Если мануала под рукой нет, то обратите внимание на следующие факторы:

  • аккумулятор стандартного размера – для аккумулятора предусмотрено штатное место, не пытайтесь впихнуть туда большой аккумулятор.
  • расположение клемм – клубок проводов под капотом может привести к короткому замыканию и возгоранию.
  • Емкость
  • – для автомобилей с большим объемом двигателя требуются более емкие аккумуляторы, то же касается и дизельных двигателей.
  • мощность автогенератора – слишком большая батарея не будет полностью заряжаться бортовой электростанцией.
  • Ток холодного пуска – важнейший параметр для работы в зимних условиях, регламентируется стандартами как величина, измеренная при 18 градусах мороза.
  • отзывы потребителей и рейтинг лучших аккумуляторов для зимы.

Вооружившись этими данными, вы сможете конкурировать с любым продавцом в магазине аккумуляторов.

Вывод

Зимой пусковой аккумулятор становится одним из самых уязвимых элементов автомобиля. Морозным утром можно оказаться в неприятном положении, когда автомобиль не заводится из-за старого аккумулятора. Стоит заранее позаботиться о его обслуживании и, при необходимости, замене. Разнообразие аккумуляторов, предлагаемых сегодня в розничных магазинах, поражает воображение. Вы хотите эффективно тратить с трудом заработанные деньги. Для этого нужно не только знать, какие торговые марки предлагают лучшие аккумуляторы для автомобилей на зиму, но и правильно подобрать аккумулятор.

Добавление воды в автомобильный аккумулятор

Автомобильные аккумуляторы могут выйти из строя, если уровень электролита не контролируется должным образом. Емкость аккумулятора резко упадет, а зимой велик шанс, что он полностью выйдет из строя. Итак, как мы можем позаботиться об уровне электролита в аккумуляторе?

Почему важен уровень электролита в автомобильном аккумуляторе?

Электролит в батареях состоит из 65% воды и 35% серной кислоты. При работе аккумулятора при подзарядке электролит может закипеть, особенно при слишком высокой температуре наружного воздуха или под капотом, процесс ускоряется.

Будучи нелетучим, кислота практически не испаряется. Но вода быстро испаряется. В результате уровень электролита падает, соотношение воды и кислоты уже не в параметрах, а плотность электролита увеличивается.

Зачем добавлять воду в автомобильный аккумулятор?

Нормальная плотность уровня электролита составляет около 1,29 г/см³. При выкипании воды плотность и содержание кислоты увеличиваются. Если это произойдет, то пластины батареи будут изнашиваться гораздо быстрее, а если не доливать воду, то пластины просто повредятся.

Таким образом, добавление воды в автомобильный аккумулятор обеспечивает эффективность и производительность аккумулятора, когда уровень электролита находится на нормальном уровне.

Какой тип воды следует добавлять в автомобильный аккумулятор?

Единственный тип воды, который вам нужно добавить в аккумулятор, — это дистиллированная вода. Другие виды воды, такие как водопроводная вода и некоторые виды бутилированной воды, могут содержать минералы и другие вещества, которые могут вызвать коррозию деталей аккумулятора. Дистиллированная вода содержит водород и кислород и не имеет лишних примесей

Когда доливать воду в автомобильный аккумулятор?

Есть несколько способов проверить правильный уровень электролита в аккумуляторе, но перед этим в первую очередь нужно внимательно посмотреть на сам аккумулятор.

Некоторые батареи имеют специальный индикатор. Он показывает несколько своих состояний:

  • Нормальный, низкий уровень электролита. В этом случае нужно добавить воды.
  • Низкая плотность электролита, здесь нужно зарядить аккумулятор.

Некоторые аккумуляторы имеют отметки «мин» и «макс». Эти батареи позволяют проверить уровень электролита, просто взглянув на него, благодаря относительной прозрачности корпуса.

Вы также можете проверить уровень заряда батареи, сняв ее и открыв небольшие крышки.На некоторых аккумуляторах вы найдете специальный индикатор, показывающий, что электролит должен покрывать только 0,5 см (0,196 дюйма) и не более. Если индикатора нет, то ориентироваться можно по погружению пластин в жидкость.

Проверять уровень электролита в аккумуляторе и его плотность следует только тогда, когда аккумулятор полностью заряжен на зарядном устройстве!

Каков нормальный уровень электролита в автомобильном аккумуляторе?

Нормальный уровень электролита должен быть 15-20 миллиметров (0.59 – 0,78 дюйма) над краем пластин. Если пластины не покрыты, это указывает на низкий уровень электролита, который необходимо восстановить как можно быстрее.

Наилучший контроль проводится с помощью наиболее часто используемого ареометра и рефрактометра. Купить эти средства можно в большинстве магазинов автозапчастей и они пригодятся не только этой проверке, но и другим автомобильным жидкостям.

В то же время, измеряя уровень, вы также можете проверить состояние электролита, который должен быть прозрачным.Если жидкость не прозрачная или темная, значит аккумулятор вышел из строя и нужно купить новый.

Сколько воды добавляется в автомобильный аккумулятор?

Количество воды всегда будет зависеть от емкости аккумулятора, чем больше аккумулятор, тем больше в нем электролита. Причем объем зависит от конструкции аккумулятора и может отличаться от производителя к производителю. Ниже приведены оценки, основанные на различной емкости батареи:

Емкость батареи Уровень электролита Уровень воды
6 л 65 AH ~ 3.6 L (0,95 Гал) ~ 2.29 l (0.60 GAL)
75 AH 75 AH 3.7 — 4,1 L
0,977 — 1.08 GAL
2.41 — 2.60 L
0,63 — 0,68 GAL
90 Ач 4,3–4,8 л
1,13–1,26 галлона
2.86 – 3,13 л
0,75 – 0,82 галлона
Эти цифры являются приблизительными, если уровень воды настолько низок, насколько это возможно.

Как долить дистиллированную воду в автомобильный аккумулятор?

Чтобы правильно заполнить аккумулятор водой, выполните следующие простые действия.

  • Очистите аккумулятор с поверхности, чтобы грязь и другие вещества не попали в аккумулятор при откручивании пробок. Перед этим оставьте батарею при комнатной температуре примерно на 7 часов;
  • Выкрутите пробки и проверьте уровень электролита, как я описал выше;
  • Если вам нужно добавить дистиллированную воду, добавляйте ее осторожно.Если вы добавили большее количество, удалите его с помощью шприца.
  • Закрутите пробки и оставьте автомобильный аккумулятор не менее чем на 7 часов, т.к. смешивание воды с кислотой занимает некоторое время;
  • Зарядить аккумулятор, но если вы видите, что электролит закипает, зарядку следует прекратить;
  • Измерьте плотность электролита ареометром. Нормальный уровень должен быть 1,29 г/см3.

Заключение

Добавление воды в автомобильный аккумулятор — хороший способ сохранить его и продлить срок службы.Вы должны добавлять только дистиллированную воду, потому что другие типы воды содержат такие вещества, как кальций, магний, соль и другие примеси, которые могут вызывать химические реакции и ускорять разрушение пластин аккумулятора.

Будьте внимательны при выборе некоторых аккумуляторов, они помечены как «необслуживаемые», поскольку большинство из них таковыми не являются. Их крышки спрятаны под наклейкой с этикеткой аккумулятора. Достаточно снять его и вы увидите крышки аккумуляторов.

Действительно есть аккумуляторы необслуживаемые, эти аккумуляторы не имеют крышек на поверхности и не требуют обслуживания, просто используйте их до полного износа.

Старайтесь не доливать в аккумулятор больше воды, чем необходимо, так как это отрицательно скажется на его работе. Плотность электролита уменьшится, а значит, уменьшится мощность аккумулятора. Также это снижает его устойчивость к отрицательным температурам, а зимой это может быть проблематично.

К счастью, избыток воды можно уменьшить очень простым способом, как я упоминал выше. Не беспокойтесь о смеси с серной кислотой, этот процесс очень медленный, и уменьшение сразу после добавления не повлияет на смесь.

Изображение: איתן טלEtan Tal, CC BY 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by/3.0, через Wikimedia Commons

Battery Freezing Math | Блог о математических встречах

Цитата дня

Лучший аргумент против демократии — пятиминутный разговор со средним избирателем.

— Уинстон Черчилль


Введение

Рис. 1. Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 7,2 А·ч
(источник). Эта батарея является рабочей лошадкой продуктов
для многих рынков, включая телекоммуникации и домашнюю безопасность
.

Я живу в холодном климате — таком холодном, что при определенных обстоятельствах мы можем заморозить наши свинцово-кислотные аккумуляторы (рис. 1). Недавно позвонил клиент, который живет в моем регионе, и спросил, не думаю ли я, что какая-либо из его батарей замерзнет за зиму. У многих абонентов его интернет-услуг есть загородные дома, которые зимой пустуют. Все эти владельцы загородных домов отключают электропитание переменного тока на зиму. Поскольку все наши оптические сетевые терминалы (ONT) подключены к источникам бесперебойного питания (UPS), они начнут работать от аккумуляторной батареи при отключении питания переменного тока.Если владелец дома не отключит аккумулятор, ONT начнет разряжать аккумулятор. Это важно, потому что разряженная батарея замерзнет, ​​а заряженная не замерзнет. Батарея, которая была заморожена, скорее всего, разряжена, и вам потребуется замена батареи.

Обратите внимание, что аккумуляторы автомобилей и жилых автофургонов редко замерзают, потому что аккумуляторы автомобилей и жилых автофургонов редко бывают полностью разряжены. Эти батареи замерзнут, если им дать достаточно остыть при разрядке. Вот типичная ситуация:

  • У вас есть автомобиль или дом на колесах с дистанционным запуском и стандартной электроникой.Этот набор аппаратных средств создает паразитную нагрузку 100 мА на аккумулятор: 70 мА для дистанционного запуска и 30 мА для автомобильного компьютера.
  • Автомобиль или фургон стоит в холодном гараже пять дней.
  • Батарея разряжается и зависает.

Эта ТОЧНАЯ ситуация только что произошла с моим сыном. Теперь он должен водить машину каждые несколько дней, чтобы аккумулятор оставался заряженным.

Давайте посмотрим, почему мои клиенты ONT должны беспокоиться о разряженных батареях зимой.

Фон

Свинцово-кислотные аккумуляторы содержат раствор серной кислоты (H 2 SO 4 ) и воды — этот раствор называется электролитом аккумулятора. Добавление растворенного вещества (в данном случае H 2 SO 4 ) к растворителю (в данном случае H 2 O) понизит температуру замерзания раствора. Полностью заряженная батарея имеет больше H 2 SO 4 , чем разряженная. Дополнительный H 2 SO 4 снижает температуру замерзания электролита аккумуляторов примерно до -70 °C.Это температура, которую мы не видим в Миннесоте. Однако температура замерзания разряженного аккумулятора достигает ~-10 °C. К сожалению, температура в Миннесоте часто опускается ниже -10 °C.

Анализ

Этот пост в блоге посвящен представлению эмпирических данных. Тем не менее, я хочу потратить немного времени на обсуждение различных способов выражения концентрации аккумуляторной кислоты.

Концентрация аккумуляторной кислоты

Существует три общепринятых способа выражения концентрации аккумуляторной кислоты.

  • Удельный вес (обозначается SG )

    Удельный вес сравнивает плотность электролита батареи с плотностью воды. Удельный вес легко измерить с помощью ареометра, которым пользовался почти каждый автомеханик, даже у меня есть ареометр. Я вижу недорогие ареометры в продаже каждый раз, когда захожу в магазин автомобильных запчастей.

  • Массовая доля (обозначается w )

    Массовая доля выражает концентрацию кислоты как отношение массы кислоты к общей массе смеси кислоты и воды.Эта мера концентрации является удобной мерой, поскольку для смешивания правильно отмеренного раствора требуются только весы. К сожалению, не существует недорогого прибора для измерения массовой доли непосредственно после смешивания. После смешивания мы используем SG .

  • Моляльность (обозначается m )

    Моляльность – количество молей растворенного вещества на кг растворителя. Преимущество использования моляльности в качестве меры концентрации аккумуляторной кислоты заключается в том, что вы можете создать правильно смешанный раствор, используя только весы.Проблема в том, что нет легкодоступного инструмента для измерения моляльности после смешивания. Опять же, мы обычно используем SG .

Массовая доля и моляльность связаны уравнением , где MM – молярная масса растворенного вещества (98 г/моль для H 2 SO 4 ). Удельный вес можно использовать для связи массовой доли с молярностью (обозначается M ) уравнением , где SG считается равным плотности раствора (достаточно близким для большинства применений).Я не вижу молярности, используемой аккумуляторщиками, но химики используют ее постоянно. Более подробно я расскажу об этих формулах в этом посте.

Напряжения элементов: разомкнутая цепь, зарядка и разрядка

На Рисунке 2 (Источник) показаны напряжения на клеммах 6-элементной свинцово-кислотной батареи «12 В» при различных уровнях тока заряда и разряда.

Рисунок 2: Напряжения во время зарядки и разрядки для 12-вольтовой батареи.

Из-за изменения напряжения на клеммах аккумулятора в зависимости от тока заряда или разряда я построю график (рис. 3) напряжения на клеммах разомкнутой цепи.Это упростит график.

Температура замерзания и напряжение на ячейке разомкнутой цепи в зависимости от концентрации кислоты

На Рисунке 3 (Источник) показаны как точка замерзания электролита, так и напряжение на ячейке холостого хода в зависимости от массовой доли, удельного веса и моляльности. Мы обычно определяем, что полностью заряженная батарея имеет моляльность электролита 6,0 моль/кг. Точно так же разряженная батарея обычно определяется как батарея с электролитом, имеющим моляльность 2.0 моль/кг.

Рисунок 3(a): Точка замерзания батареи в зависимости от удельного веса. Рисунок 3(b): Напряжение на ячейке в зависимости от удельного веса.

Заключение

Я занимаюсь этим вопросом уже несколько лет. Я подумал, что стоит задокументировать, почему батареи ИБП могут замерзнуть. Решение простое — отключите заряженный аккумулятор от ИБП. Многое другое замерзнет (т.г. смесь воды и антифриза, часто используемая для подготовки к зиме сантехники загородного дома), прежде чем заряженная батарея замерзнет.

Чтобы перепроверить свою информацию, я также обратился к дополнительным источникам, которые я задокументировал здесь.

Приложение A: Основной исходный материал батареи

В дополнение к данным, представленным на рисунке 2, я также использовал следующую таблицу из Vinal «Аккумуляторы». (Справочник по Google Книгам)

Рис. 4. Данные о батареях Vinal, 1951 г. (источник).

Приложение B: Материалы для дополнительного аккумулятора

Я проконсультировался с многочисленными источниками, чтобы подтвердить представленные здесь данные. На рис. 5 показаны данные компании Sandia, которая собрала удивительное количество данных о свинцово-кислотных батареях.

Рис. 5. Данные об удельной массе, напряжении на клеммах и состоянии заряда (Sandia Labs). Аккумулятор 12 В имеет 6 ячеек. Чтобы получить напряжение ячейки, я разделил напряжение на клеммах на 6.

Чтобы упростить сравнение с рис. 3, я переформатирую данные Sandia так, чтобы состояние заряда и напряжение элемента были функциями удельного веса (рис. 6).

Рисунок 6: Переформатированные данные Sandia в зависимости от удельного веса.

Данные на Рисунке 5 аналогичны данным, показанным на Рисунке 2. Поскольку это эмпирические данные, я ожидаю некоторых различий между источниками. Если вам интересно, как я создал рис. 5, см. файлы Mathcad и PDF здесь.

На рис. 6 показан другой набор данных. Эти данные также согласуются с другими наборами данных, которые я нашел.

Рис. 6. Напряжение элемента в зависимости от удельного веса и глубины разряда (источник).

Закон Ома для ионной проводимости в электролитах литиевых и нелитиевых аккумуляторов: Журнал химической физики: Том 151, № 2

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ChooseНаверх страницыРЕФЕРАТ. ВВЕДЕНИЕ < 1,2 1. J. Newman and K. Thomas-Alyea, Electrochemical Systems , 3-е изд. (John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси, 2004 г.).2. Y.Ma, M.Doyle, T.F.Fuller, M.M.Doeff, L.C.De Jonghe и J.Newman, J. Electrochem. соц. 142 , 1859 (1995). https://doi.org/10.1149/1.2044206 Тип устройства, которое может питаться от батареи, ограничен максимальным током, который можно безопасно пропустить через электролит. Отправная точка для понимания взаимосвязи между падением потенциала и током есть закон Ома.Для простого проводника с одним носителем заряда, такого как медная проволока [рис. 1(а)], плотность тока i пропорциональна падению потенциала на единицу длины, Δ В / L , а закон Ома можно записать в виде где σ — электронная проводимость материала . Все материалы электрически нейтральны и имеют как минимум два носителя заряда; приближение с одним носителем заряда справедливо, поскольку компенсирующие катионы меди практически неподвижны.Плотность тока в зависимости от Δ В / L для меди представлена ​​на рис. 1(б), где наклон, м, равен 5,8 × 10 5 См·см –1 . 3 3. R.A. Matula, J. Phys. хим. Ссылка Данные 8 , 1147 (1979). https://doi.org/10.1063/1.555614 В этом случае m = σ . Для медного провода градиенты концентрации носителей заряда не возникают, поскольку катионы меди неподвижны и поддерживается нейтральность заряда. Пример перезаряжаемой батареи схематично показан на рис.1(с). Он состоит из металлического литиевого анода и катода из литий-железо-фосфата, LiFePO 4, , разделенных электролитом EC:DEC/LiPF 6 в пористом сепараторе. Во время разряда прохождение ионного тока через электролит от анода к катоду вызывается перенапряжением η , которое представляет собой равновесный потенциал элемента за вычетом рабочего напряжения U 0 В . 1 1. J. Newman and K. Thomas-Alyea, Electrochemical Systems , 3-е изд.(John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси, 2004 г.). При наличии перенапряжения в электролите возникают градиенты концентрации, поскольку катионы (в данном случае Li + ) и анионы (PF6-) подвижны в системе. При постоянном перенапряжении это привело бы к зависящей от времени плотности тока, пока градиент концентрации не достигнет установившегося состояния. Только ионы Li + переносятся через границы раздела электрод/электролит; это также влияет на характер градиентов.На рис. 1(г) построена зависимость стационарной плотности тока i ss от перенапряжения на единицу длины η / L для ячейки, изображенной на рис. (с). 4 4. В. Шринивасан и Дж. Ньюман, Дж. Электрохим. соц. 151 , А1517 (2004). https://doi.org/10.1149/1.1785012 Получается, что зависимость между i ss и η / L примерно линейная, аналогичная медному проводу.Однако наклон m = 2,5 · 10 -5 См·см -1 не равен проводимости электролита. Он отражает многочисленные процессы, включающие перенос заряда между электродами и электролитом, диффузию лития в катоде, диффузию и миграцию ионов в электролите. Таким образом, зависимость между i ss и η / L на рис. 1(d) хотя и выглядит линейной, но не является проявлением закона Ома. На рис.1(e) представлена ​​схема симметричной ячейки, состоящей из электролита, зажатого между двумя одинаковыми неблокирующими электродами. С этой точки зрения мы сосредоточимся на симметричных элементах, содержащих электроды из литиевой или натриевой фольги и электролиты, содержащие литиевую или натриевую соль соответственно. Эта ячейка, популяризированная новаторскими работами Эванса, Винсента и Брюса и других, 6–8 6. J. Evans, C. A. Vincent и PG Bruce, Polymer 28 , 2324 (1987). https://дои.орг/10.1016/0032-3861(87)-67. П. Р. Соренсен и Т. Якобсен, Электрохим. Acta 27 , 1671 (1982). https://doi.org/10.1016/0013-4686(82)80162-x8. J.R. Macdonald, J. Chem. физ. 58 , 4982 (1973). https://doi.org/10.1063/1.1679086 похож на тот, что показан на рис. 1(с), с одним существенным отличием: U 0 = 0 В. Эта ячейка позволяет провести справедливое сравнение ионно-транспортных свойств различные электролиты: симметрия ячейки позволяет отделить электродные эффекты от свойств электролита.На рис. 1(f) мы изображаем зависимость i ss от падения потенциала на электролите, ΔΦ/ L , для элемента с электродами из литиевой фольги и электролитом, содержащим полиэтиленоксид ( PEO) и соль бис(трифторметансульфонил)имида лития (LiTFSI). 5 5. D.M. Pesko, Z. Feng, S. Sawhney, J. Newman, V. Srinivasan, and N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 165 , А3186 (2018). https://doi.org/10.1149/2.0231813jes Здесь наклон m = 9.9 × 10 -5 См см -1 не равно ионной проводимости электролита. Однако, в отличие от полной батареи, m связано только со свойствами электролита. В наших усилиях по разработке высокоэффективных электролитов именно угол наклона на рис. 1(f) мы хотим максимизировать. Однако многие публикации игнорируют это. В наши дни довольно часто изобретают новый электролит, измеряют ионную проводимость и объявляют победу, если она выше, чем у исходного электролита.Целью этой перспективы является анализ данных симметричных ячеек, полученных из разных электролитов. Evans, Bruce, and Vincent 6,9 6. J. Evans, C.A. Vincent, and P.G. Bruce, Polymer 28 , 2324 (1987). https://doi.org/10.1016/0032-3861(87)-69. PG Bruce and CA Vincent, J. Electroanal. хим. 225 , 1 (1987). https://doi.org/10.1016/0022-0728(87)80001-3 и Watanabe et al. 10 10. М. Ватанабэ, С. Нагано, К. Сануи и Н. Огата, Solid State Ionics 28-30 , 911 (1988).https://doi.org/10.1016/0167-2738(88)

-7 смоделированы симметричные ячейки, содержащие разбавленные и идеальные растворы электролитов. В более поздних исследованиях Ньюман и его коллеги 1,11 1. J. Newman and K. Thomas-Alyea, Electrochemical Systems , 3rd ed. (John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси, 2004 г.).11. N.P. Balsara and J. Newman, J. Electrochem. соц. 162 , А2720 (2015 г.). https://doi.org/10.1149/2.0651514jes рассмотрели симметричные ячейки, содержащие концентрированные растворы электролитов, и установили взаимосвязь между m и собственным транспортом и термодинамическими свойствами электролита.Эта точка зрения ориентирована на малые приложенные потенциалы, когда зависимостью соответствующих свойств электролита от концентрации можно пренебречь. На основании работы в Refs. 5–115. D.M. Pesko, Z. Feng, S. Sawhney, J. Newman, V. Srinivasan и N. P. Balsara, J. Electrochem. соц. 165 , А3186 (2018). https://doi.org/10.1149/2.0231813jes6. J. Evans, C. A. Vincent и P. G. Bruce, Polymer 28 , 2324 (1987). https://doi.org/10.1016/0032-3861(87)-67. П. Р. Соренсен и Т.Якобсен, Электрохим. Acta 27 , 1671 (1982). https://doi.org/10.1016/0013-4686(82)80162-x8. J.R. Macdonald, J. Chem. физ. 58 , 4982 (1973). https://doi.org/10.1063/1.167. PG Bruce and CA Vincent, J. Electroanal. хим. 225 , 1 (1987). https://doi.org/10.1016/0022-0728(87)80001-310. М. Ватанабэ, С. Нагано, К. Сануи и Н. Огата, Solid State Ionics 28-30 , 911 (1988). https://doi.org/10.1016/0167-2738(88)

-711. Н. П. Балсара и Дж.Ньюман, Дж. Электрохим. соц. 162 , А2720 (2015 г.). https://doi.org/10.1149/2.0651514jes, мы разрабатываем основу для измерения коэффициента закона Ома, которая позволяет нам составить упорядоченный список электролитов на основе их способности максимизировать поток катионов лития или натрия. В заключение мы обсудим ограничения нашего подхода, поскольку, в конечном счете, ранговый порядок электролитов необходимо пересмотреть при наличии значительных градиентов концентрации для практических устройств.

II. ТЕОРИЯ

Раздел:

ВыберитеНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ТЕОРИЯ < κ методом импедансной спектроскопии переменного тока. Мощной особенностью спектроскопии импеданса переменного тока является то, что κ измеряется без введения значительных градиентов концентрации.Когда потенциал постоянного тока ΔΦ прикладывается к электролиту размером х в симметричной ячейке [фиг. 1(д)], градиенты концентрации в первый момент поляризации по определению отсутствуют ( t = 0 + ). Начальная плотность тока i 0 , при t = 0 + определяется выражением С течением времени, т. е. при t > 0 в клетке развиваются градиенты концентрации солей и в конечном итоге градиент становится постоянным во времени .Измеряемая плотность тока уменьшается со временем по мере развития этих градиентов концентрации и достигает устойчивого значения на больших временах. Мы обозначаем ток, полученный на больших временах, как i ss . В пределе малых приложенных потенциалов выражение для i ss может быть получено на основе теории концентрированных растворов, 11,12 11. NP Balsara and J. Newman, J. Electrochem. соц. 162 , А2720 (2015 г.). https://doi.org/10.1149/2.0651514jes12.M.Doyle and J.Newman, J.Electrochem. соц. 142 , 3465 (1995). https://doi.org/10.1149/1.2050005, где Ne — безразмерный параметр, который мы называем числом Ньюмена. Ne определяется как
Ne=aκRT1−t+02F2Dc1+d ln γ±d ln m, (4)
, где R — газовая постоянная, T 906 – постоянная Фарадея, D – коэффициент ограниченной диффузии соли, c – концентрация соли, t+0 – число переноса катиона относительно скорости растворителя, γ ± — средний молярный коэффициент активности электролита, м — моляльность соли.Параметр a связан со стехиометрией соли, где ν — общее число катионов и анионов, на которые диссоциирует соль, ν + — общее число катионов, на которые диссоциирует соль, z + — зарядовое число катиона. (Для соли, содержащей одновалентные ионы, a = 2.) Уравнения (3) и (4) основаны на теории концентрированных растворов Ньюмана, в которой электролиты характеризуются тремя транспортными параметрами: κ , D и t+ 0, и термодинамический коэффициент Tf=1+d ln γ±d ln m.Эта теория основана на работе Onsager 13 13. L. Onsager, Ann. Н. Я. акад. науч. 46 , 241 (1945). https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1945.tb36170.x, который обнаружил, что перенос ионов в бинарных электролитах определяется тремя коэффициентами диффузии Стефана-Максвелла: D0-, D0+ и D+-. Соотношения между κ , D , t+0 и коэффициентами диффузии Стефана-Максвелла приведены в [1]. 1111. N.P. Balsara and J. Newman, J. Electrochem. соц. 162 , А2720 (2015 г.).https://doi.org/10.1149/2.0651514jes. Хотя все четыре параметра ( κ , D , t+0 и T f ) определяют зависящий от времени ток при заданном приложенном потенциале, явное знание всех этих параметров не требуется для определения i ss или Ne. Фактически Ne можно определить в одном эксперименте путем измерения i 0 и i ss при постоянной поляризации ΔΦ над электролитом. / я 0 . 6,9 6. J. Evans, C. A. Vincent и P. G. Bruce, Polymer 28 , 2324 (1987). https://doi.org/10.1016/0032-3861(87)-69. PG Bruce and CA Vincent, J. Electroanal. хим. 225 , 1 (1987). https://doi.org/10.1016/0022-0728(87)80001-3Уравнения (6) и (4) можно переформулировать следующим образом, где c 0 — концентрация растворителя. Уравнения (7) и (8) впервые были выведены Балсарой и Ньюманом. 11 11. N.P. Balsara and J. Newman, J. Electrochem.соц. 162 , А2720 (2015 г.). https://doi.org/10.1149/2.0651514jes Только в пределе c → 0, β → 0 результат, представленный Брюсом и Винсентом. 9 9. Брюс П.Г. и Винсент С.А., J. Electroanal. хим. 225 , 1 (1987). https://doi.org/10.1016/0022-0728(87)80001-3 Определение диапазона концентраций, в котором β достаточно мало, чтобы уравнение. (9) требует знания коэффициентов диффузии Стефана-Максвелла. Для разбавления 0.01M водный раствор хлорида калия (рис. 14.1 в ссылке 11. J. Newman and K. Thomas-Alyea, Electrochemical Systems , 3-е изд. (John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2004).), D+- = 1,1 × 10 -7 см -1 S -1 , D0 + = 1,9 × 10 -5 см -5 см 2 S -1 , C 0 = 56 Моль L -1 , β = 0,031, и уравнение. (9) является хорошим приближением. Однако большинство практичных электролитов не разбавляются. Для 1М водного раствора хлорида калия D+- = 1.9 × 10 -6 см 2 S -1 , D0 + = 2,0 × 10 -5 , С 0 = 53,6 моль L 9 -1 и β = 0,20. Для 2,6M PEO/LiTFSI (рис. 3 и 4 в Ref. 1414. I. Villaluenga, DM Pesko, K. Timachova, Z. Feng, J. Newman, V. Srinivasan и NP Balsara, J. Electrochem. Soc. 165 , A2766 (2018). https://doi.org/10.1149/2.0641811jes), D+− = 4,0 × 10 −9 см 2 с −1 , D0+ = 1,1 × 10 8 см 2 с -1 , с 0 = 16 моль л -1 и β = 0.44. Уравнение (9) не является хорошим приближением ни для 1M KCl, ни для 2,6M PEO/LiTFSI. Таким образом, мы определяем долю тока ρ + , которую можно переписать на основе уравнения. (6) т.к. Текущая фракция является неотъемлемым свойством электролита, независимо от того, является ли он разбавленным или концентрированным. Число переноса t+0 определяется как доля тока, переносимого катионом в растворе с одинаковой концентрацией соли, и приблизительно равно ρ + , когда β мало.По этой причине мы предпочитаем использовать ρ + для обозначения текущей доли, iss/i0, а не использовать t+0 или «число переноса», как это обычно делается в литературе. На этот момент указывали Брюс и Грей в 1995 году, которые называли эту фракцию тока «фракцией предельного тока». 15 15. П. Г. Брюс и Ф. М. Грей, в Электрохимия твердого тела , под редакцией П. Г. Брюса (издательство Кембриджского университета, 1995), стр. 157–158. До сих пор в обсуждении не учитывалось сопротивление поверхности раздела электрод/электролит.На практике, когда на симметричную ячейку подается постоянное напряжение Δ В , падение потенциала на электролите ΔΦ будет уменьшено на величину, равную произведению межфазного сопротивления на ток. Предполагая, что другие источники омических потерь пренебрежимо малы, где R i — межфазное сопротивление, которое легко измерить спектроскопией импеданса на переменном токе, A — электрохимически активная площадь поверхности электрода, а i — плотность тока через симметричную ячейку.Мы можем объединить уравнения. (2), (3), (10) и (11) для получения полезного выражения i ss и i 0 относятся к стационарной и начальной плотности тока через симметричную ячейку, как в уравнении. (11). Эванс, Брюс и Винсент 66 признали важность поправок на межфазное сопротивление. Дж. Эванс, С.А.Винсент и П.Г.Брюс, Полимер 28, 2324 (1987).https://doi.org/10.1016/0032-3861(87)-6 и Watanabe et al. 10 10. М. Ватанабэ, С. Нагано, К. Сануи и Н. Огата, Solid State Ionics 28-30 , 911 (1988). https://doi.org/10.1016/0167-2738(88)

-7 Мы используем термин ρ +,0 в уравнении. (12), чтобы уточнить, что эта текущая доля основана на измеренном значении i 0 , которое мы обсудим далее. Чтобы применить уравнения. (10)–(12) необходимо измерить значение i 0 .Практический подход состоит в том, чтобы взять первую точку данных, измеренную после приложения потенциала. Однако этот метод по своей сути проблематичен, потому что ток сильно зависит от времени в первый момент поляризации. Пример такого измерения показан на рис. 2. Небольшой потенциал Δ В = 8,9 мВ был приложен к литиевой симметричной ячейке ( А = 0,079 см 2 и L = 0,050 см). содержащий 35 кг моль электролита -1 ПЭО/LiTFSI с концентрацией солей r = 0 .010, где r определяется как молярное отношение ионов лития к фрагментам этиленоксида. Частота дискретизации 1 мс 90 213 -1 90 214 использовалась в течение первых нескольких секунд. На рис. 2 представлена ​​текущая реакция во всем временном окне (400 мин), необходимом для достижения установившегося состояния, а на вставке выделены первые 10 мс. В течение первых 10 мс ток примерно постоянен во времени. Таким образом, мы уверены, что измеряемая нами плотность тока i 0 = 0,051 мА см -2 действительно улавливает начальный ток.Альтернатива, которая была предложена 6, 16–23 6. J. Evans, C. A. Vincent, and P. G. Bruce, Polymer 28 , 2324 (1987). https://doi.org/10.1016/0032-3861(87)-616. С. Цугманн, Д. Моосбауэр, М. Амереллер, К. Шрайнер, Ф. Вуди, Р. Шмитц, Р. Шмитц, П. Искен, К. Диппель, Р. Мюллер, М. Кунце, А. Лекс-Бальдуччи, М. Винтер и Дж. Горс, J. Power Sources 196 , 1417 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.08.02317. Д. М. Песко, К. Тимачева, Р. Бхаттачарья, М.C. Smith, I. Villaluenga, J. Newman и N. P. Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , E3569 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0581711jes18. К. Чжэн, Д. М. Песко, Б. М. Савойя, К. Тимахова, А. Л. Хасан, М. К. Смит, Т. Ф. Миллер, В. Коутс и Н. П. Балсара, Macromolecules 51 , 2847 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b0270619. X. Li, WS Loo, X. Jiang, X. Wang, MD Galluzzo, K.I. Mongcopa, A.A. Wang, NP Balsara и B.A. Garetz, Macromolecules 52 , 982 (2019).https://doi.org/10.1021/acs.macromol.8b0214220. K.M.Abraham, Z.Jiang, and B.Carroll, Chem. Матер. 9 , 1978 (1997). https://doi.org/10.1021/cm970075a21. Hiller M.M., Joost M., Gores HJ, Passerini S. and Wiemhöfer H. // Electrochim. Acta 114 , 21 (2013). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.09.13822. D.B.Shah, K.R.Olson, A.Karny, S.J.Mecham, J.M.DeSimone и N.P.Balsara, J.Electrochem. соц. 164 , A3511 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0301714jes23. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone и NP Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412 заключается в вычислении i 0 путем объединения уравнений. (2) и (11). В этом случае мы можем изменить формулу. (13) решить для i 0 . Мы ссылаемся на эту расчетную плотность тока как iΩ, потому что это формулировка закона Ома [уравнение. (1)], для электролита и элемента, используемых на рис.2, κ = 0,33 мСм см -1 и R i = 495 Ом, что дает iОм = 0,047 мА см -2 (показана красной пунктирной линией на рис. 2). Мы видим разумное согласие между i 0 и iΩ из этого эксперимента. Преимущество использования iΩ вместо i 0 состоит в том, что оно основано на легко измеряемых параметрах (Δ V , L , R i , κ 0 , и κ 0 , и .Дальнейшее обоснование этого обсуждается в гл. . Для целей данной статьи мы определяем ρ + как
ρ+=issiΩΔV−iΩRi,0AΔV−issRi,ssA. (15)
Уравнение (15) отличается от уравнения. (12) только при использовании iΩ для i 0 . В обсуждении ниже электролиты характеризуются двумя транспортными свойствами: κ и ρ + . Мы используем уравнение (15) для вычисления ρ + .

III. ДАННЫЕ

Раздел:

ВыберитеНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ТЕОРИЯIII. ДАННЫЕ < 6 6. J. Evans, CA Vincent, and PG Брюс, Полимер 28 , 2324 (1987).https://doi.org/10.1016/0032-3861(87)-6 с 2010 г. Лишь в небольшой части этих статей сообщаются все параметры, необходимые для нашего анализа. Эти параметры перечислены в Таблице I.

ТАБЛИЦА I. Список параметров, относящихся к измерениям Эванса, Винсента и Брюса i ss / i 0 , собранных для систем электролитов, описанных в этом исследовании. Мы также перечисляем их символы и описания.

символ Описание Описание
ионная проводимость, блокировка κ B Ионная проводимость электролита, измеренного импедансом переменного тока с использованием блокирующих электродов ( е.G., Нержавеющая сталь)
Ионная проводимость, неблокирование κ NB Ионная проводимость, измеренная импедансом переменного тока с использованием неблокирующих электродов (например, металл лития)
Нанесенное напряжение δ V постоянное напряжение, примененное потенциостатом, чтобы вызвать устойчивую плотность тока
плотность тока, начальный I I 0 Начальная плотность тока измеряется после поляризации при δ V
Тока плотность, устойчивое состояние I SS Тока плотность, измеренная в устойчивом состоянии в ответ на Δ V
межфазное сопротивление, начальный R I, 0 Межфазное сопротивление, измеренное спектроскопией импеданса переменного тока непосредственно перед Δ В применяется D
Межфазное сопротивление, устойчивое состояние R I, SS Межфазное сопротивление, измеренное спектроскопией импеданса переменного тока после того, как устойчивый ток достигается
Массовое сопротивление R R b Объемное сопротивление, измеренное в ячейке во время эксперимента с постоянным током
Толщина ячейки L Расстояние между электродами; толщина электролита
Площадь поверхности раздела A Номинальная площадь электрода, контактирующего с электролитом
Четыре категории электролитов, рассматриваемых в этом исследовании, изображены на рис.3: гомополимерные электролиты (ГПЭ), содержащие соль лития и не содержащие растворителя, гелевые полимерные электролиты (ГПЭ), содержащие сшитый полимер, смешанный с растворителем и солью лития, полимерные электролиты, содержащие натриевую соль (NaPE), и многокомпонентные полимерные электролиты. (MCPE), содержащие полимер, смешанный с солью и по крайней мере одним дополнительным компонентом. Дополнительным компонентом в MCPE может быть другой полимер (смешанный или ковалентно связанный), ионная жидкость или керамическая частица. Все электролиты были разработаны для переноса ионов лития, за исключением тех, которые относятся к категории натриевых электролитов.Подробное описание каждого электролита, его категории и ссылки приведены в Таблице II.

ТАБЛИЦА II. Подробные описания электролитных систем, проанализированных в этом ракурсе, и их категорий: ГПЭ — гомополимерный электролит, ГПЭ — гелеобразный полимерный электролит, МКПЭ — многокомпонентный полимерный электролит, NaPE — натрий-ионный полимерный электролит.

9117 3131.Bella, J.R. Nair, M. Destro, and C. Gerbaldi, Electrochim. Acta 174 , 185 (2015). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.05.178
Электролит Описание Категория Ссылка
Полиэтиленоксид с литиевым бис (трифторметансульфонил) Imide (PEO / Litfsi) с 0.017 моль LiTFSI на моль кислорода эфира ( r = 0,017) HPE 2121 Acta 114 , 21 (2013). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.09.138
PEO/LiTFSI с r = 0,08 HPE 1717. DM Pesko, K. Timachova, , I. Villaluenga, J. Newman и NP Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , E3569 (2017).https://doi.org/10.1149/2.0581711jes
Поли(диэтиленоксид-альт-оксиметилен) с LiTFSI (P(2EO-MO)/LiTFSI) с 0,04 моль LiTFSI на моль кислорода ( r = 0,04) HPE 1818. Q. Zheng, DM Pesko, BM Savoie, K. Timachova, AL Hasan, MC Smith, TF Miller, W. Coates, and NP Balsara, Macromolecules 51 , 2847 (2018) . https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b02706
P(2EO-MO)/LiTFSI с r = 0.08 HPE 1818. Q. Zheng, D.M. Pesko, B.M. Savoie, K. Timachova, A.L. Hasan, M.C. Smith, T.F. Miller, W. Coates, and N.P. Balsara, Macromolecules 51 , 2847 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b02706
P(2EO-MO)/LiTFSI с r = 0,14 HPE 1818. Q. Zheng, BM Saievo, DM Pesko, K. Timachova, AL Hasan, MC Smith, TF Miller, W. Coates, and NP Balsara, Macromolecules 51 , 2847 (2018).https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b02706
Перфторэфир, содержащий 8 атомов углерода с диметилкарбонатными концевыми группами, и литиевая соль бис(фторсульфонил)имида (C8-DMC/LiFSI) с 5,84 масс. % LiFSI HPE 2222. D.B. Shah, K.R. Olson, A. Karny, S.J. Mecham, J.M. DeSimone и N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , A3511 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0301714jes
C8-DMC/LiFSI с 19,9 масс. % LiFSI HPE 2222.D.B.Shah, K.R.Olson, A.Karny, S.J.Mecham, J.M.DeSimone и N.P.Balsara, J.Electrochem. соц. 164 , A3511 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0301714jes
Перфторполиэфир с концевыми гидроксильными группами, содержащий 10 атомов кислорода фторэфира (PFPE D10 -Diol) и 9,1 мас. % LiTFSI HPE 2323. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone, and NP Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016).https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412
Перфторполиэфир с диметилкарбонатными концевыми группами, содержащий 10 атомов кислорода фторэфира (PFPE D10 -DMC) и 9,1 мас. % LiTFSI HPE 2323. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone, and NP Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412
Гель PEO/LiTFSI, смешанный с диметиловым эфиром тетраэтиленгликоля (TEGDME) GPE 2424.H. Wang, M. Matsui, Y. Takeda, O. Yamamoto, D. Im, D. Lee и N. Imanishi, Membranes 3, 298 (2013). https://doi.org/10.3390/membranes3040298
80 вес. % метокси-ПЭО-метакрилата и 20 мас. % гексадекаля-ПЭО-метакрилата, сополимеризованного в матрицу (PMh30) с солью перхлората лития (LiClO 4 ) GPE 2525. F. Cai, X. Zuo, XM Liu, L. Wang, W. Zhai и Х. Ян, Электрохим. Acta 106 , 209 (2013). https://дои.org/10.1016/j.electacta.2013.05.079
Сшитый ПЭО, пластифицированный TEGDME с LiTFSI GPE 2626. L. Porcarelli, C. Gerbaldi, F. Bella, and J. R. Nair. 6 , 19892 (2016). MCPE 2727 У. Отео, Х. М. Лопес дель Амо, К. Ли, Л. М. Родригес-Мартинес, Х.B. Youcef, N. Lago, J. Thielen, and M. Armand, Electrochim. Acta 255 , 48 (2017). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.09.139
Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLoZO) ) (PVDF-HFP) MCPE 2828. W. Zhang, J. Nie, F. Li, ZL Wang и C. Sun, Nano Energy 45 , 413 (2018). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.01.028
Полиэдрический олигомерный силсесквиоксан (POSS) с привитыми боковыми цепями ионной жидкости (IL), легированными LiTFSI MCPE 2G. Yang, H. Oh, C. Chanthad, and Q. Wang, Chem. Матер. 29 , 9275 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b03229
Перфторполиэфир с 2 звеньями этиленоксида на каждом конце, оканчивающимися диметилкарбонатными концевыми группами, содержащими 10 атомов кислорода фторэфира (PFPE E10 -DMC) и 9.1 вес. % LiTFSI MCPE 2323. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone, and NP Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016).https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412
Кукурузный крахмал, сшитый γ-(2,3-эпоксипропокси)пропилтриметоксисиланом с LiTFSI MCPE 3030. Y. Lin, J. Li, K. Liu, Y. Liu, J. Liu и X. Wang, Green Chem. 18 , 3796 (2016). https://doi.org/10.1039/c6gc00444j
ПЭО, смешанный с карбоксиметилцеллюлозой натрия (Na-CMC) с перхлоратом натрия (NaClO 4 ) NaPE
Органические ионные пластиковые кристаллы, состоящие из бис(фторсульфонил)имида триизобутилметилфосфония с добавлением натриевой соли бис(фторсульфонил)имида (NaFSI) NaPE 3232. F. Makhlooghiazad, R. Yunis, D. Mecerreyes, M. Armand, PC Howlett, and M. Forsyth, Solid State Ionics 312 , 44 (2017). https://дои.org/10.1016/j.ssi.2017.10.014
Для каждого электролита в Таблице II мы рассчитали ρ + по уравнению. (15) и значения параметров, полученные нами из публикации. Для некоторых ссылок все параметры были указаны явно. В других случаях нам нужно было оценить параметры по необработанным данным, таким как спектры импеданса Найквиста или графики зависимости тока от времени. В трех случаях необходимые параметры были предоставлены в личном сообщении от авторов. 17,18,32 17.D.M. Pesko, K. Timachova, R. Bhattacharya, M.C. Smith, I. Villaluenga, J. Newman и N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , E3569 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0581711jes18. К. Чжэн, Д. М. Песко, Б. М. Савойя, К. Тимахова, А. Л. Хасан, М. К. Смит, Т. Ф. Миллер, В. Коутс и Н. П. Балсара, Macromolecules 51 , 2847 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b0270632. F. Makhlooghiazad, R. Yunis, D. Mecerreyes, M. Armand, PC Howlett и M. Forsyth, Solid State Ionics 312 , 44 (2017).https://doi.org/10.1016/j.ssi.2017.10.014 Наконец, если бы наше расчетное значение для ρ +,0 существенно отличалось от сообщаемого значения (обычно называемого другими как t + ), ссылка не была включена в это исследование. Только 13 из 472 работ удовлетворяли всем ограничениям. Наиболее распространенной причиной, по которой газета была исключена из нашего анализа, было отсутствие сведений о L и A . К сожалению, нам не удалось найти работ, характеризующих одноионные проводники, отвечающие всем нашим требованиям.

IV. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТА

Раздел:

ChooseНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ТЕОРИЯIII. ДАННЫЕIV. ХАРАКТЕРИСТИКА Э… <<В. КОМПРЕСС МЕЖДУ УСЛОВИЯМИ... VI. ОБСУЖДЕНИЕVII. ЗАКЛЮЧЕНИЕНОМЕНКЛАТУРАССЫЛКИ НА СТАТЬИ В большинстве статей сообщаемая текущая доля основана на измеренном значении i 0 . Одним из критериев включения статей в это исследование было то, что все параметры, необходимые для расчета iΩ по уравнению. (14) сообщили.Таким образом, мы смогли вычислить ρ + , используя уравнение. (15) и сравните его с указанным значением, ρ +,0 , полученным с использованием уравнения. (12). Фигура 4 представляет собой график зависимости ρ + от ρ +,0 для 19 электролитов, перечисленных в Таблице II. Для ссылок, которые сообщают только ρ + , мы наносим ρ + = ρ +,0 : они представлены закрашенными символами. Точки, лежащие на пунктирно-штриховой линии на рис.4 показывают, что измеренное значение i 0 соответствовало расчетному значению iΩ. Значительное количество точек данных на рис. 4 находится значительно ниже пунктирной линии. Вероятной причиной этого является использование слишком низкой частоты дискретизации для точного захвата i 0 . Поскольку плотность тока быстро падает в первые моменты времени (см. рис. 2), использование менее частой частоты дискретизации приведет к меньшему значению i 0 и, таким образом, к завышенному значению ρ +,0 .Хотя использование iΩ для вычисления ρ + было предложено некоторыми, 6,16–23 6. J. Evans, CA Vincent, and PG Bruce, Polymer 28 , 2324 (1987). https://doi.org/10.1016/0032-3861(87)-616. С. Цугманн, Д. Моосбауэр, М. Амереллер, К. Шрайнер, Ф. Вуди, Р. Шмитц, Р. Шмитц, П. Искен, К. Диппель, Р. Мюллер, М. Кунце, А. Лекс-Бальдуччи, М. Винтер и Дж. Горс, J. Power Sources 196 , 1417 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.08.02317. D.M. Pesko, K. Timachova, R. Bhattacharya, M.C. Smith, I. Villaluenga, J. Newman, and N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , E3569 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0581711jes18. К. Чжэн, Д. М. Песко, Б. М. Савойя, К. Тимахова, А. Л. Хасан, М. К. Смит, Т. Ф. Миллер, В. Коутс и Н. П. Балсара, Macromolecules 51 , 2847 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b0270619. X. Li, W. S. Loo, X. Jiang, X. Wang, MD Galluzzo, K. I. Mongcopa, A. A. Wang, N.P. Balsara и B.A. Garetz, Macromolecules 52, 982 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.8b0214220. K.M.Abraham, Z.Jiang, and B.Carroll, Chem. Матер. 9 , 1978 (1997). https://doi.org/10.1021/cm970075a21. Hiller M.M., Joost M., Gores HJ, Passerini S. and Wiemhöfer H. // Electrochim. Acta 114 , 21 (2013). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.09.13822. D.B.Shah, K.R.Olson, A.Karny, S.J.Mecham, J.M.DeSimone и N.P.Balsara, J.Electrochem.соц. 164 , A3511 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0301714jes23. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone и NP Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412 в литературе преобладают сообщения о ρ +,0 на основе измеренных значений i 0 . Наш анализ показывает, что ρ + является более надежным методом определения текущей доли электролита.Для согласованности все расчеты будут использовать iΩ за пределами этой точки. В принципе, проводимость электролита, измеренная спектроскопией импеданса переменного тока, является свойством материала, которое не должно зависеть от электродов, используемых в эксперименте. При проведении импедансной спектроскопии переменного тока можно использовать либо неблокирующие электроды (металлический литий или натрий), либо блокирующие электроды (нержавеющая сталь, алюминий и т. д.). Проводимости, измеренные с использованием неблокирующих или блокирующих электродов, обозначаются κ nb и κ b соответственно.На рис. 5 представлены κ nb в сравнении с κ b для электролитов в табл. II. Для многих электролитов κ nb значительно ниже, чем κ b . Некоторые электролиты показывают противоположную тенденцию. Не сразу ясно, следует ли использовать κ nb или κ b для количественной оценки характеристик электролита. Чтобы ответить на этот вопрос, переформулируем уравнения. (3) и (10) для получения Это формулировка закона Ома для электролита в стационарном состоянии при малой поляризации, где κρ + можно определить как эффективную проводимость электролита в стационарном состоянии.На рис. 6(a) мы строим κ b ρ + против issΔΦ/L, а на рис. против иссΔΦ/л. Данные на рис. 6 (б) согласуются с уравнением. (16), а данные на рис. 6(а) — нет. На рис. 6 показано, что только κ nb можно использовать для точного описания экспериментального установившегося тока. Это связано с тем, что ρ + и κ nb измеряются в симметричных ячейках с неблокирующими электродами.Для согласованности, когда мы сравниваем ρ + электролитов, мы также должны использовать κ nb при оценке характеристик электролита. Будущие исследования, направленные на определение характеристик новых электролитов, должны сообщать как κ b , так и κ nb . В случаях, когда κ b и κ nb существенно различаются, следует попытаться понять основную причину, поскольку это может указывать на деградацию электролита или несоответствия в производстве элемента.Для полимерных электролитов на основе эфира это может указывать на физическое (т. е. неэлектрохимическое) растворение металлического лития или натрия с электродов. 33 33. M.D. Galluzzo, D.M. Halat, W.S. Loo, S.A. Mullin, J.A. Reimer, and N.P. Balsara, ACS Energy Lett. 4 , 903 (2019). https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00459

V. СООТВЕТСТВИЕ МЕЖДУ ПРОВОДИМОСТЬЮ И СЕЛЕКТИВНЫМ ПЕРЕНОСОМ КАТИОНОВ

Раздел:

ChooseНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII.ТЕОРИЯIII. ДАННЫЕIV. ХАРАКТЕРИСТИКА Э…В. КОМПРЕСС МЕЖДУ УСЛОВИЯМИ… < 34,35 34. M. Mulder, Основные принципы мембранной технологии , 2-е изд. (Kluwer Academic, Дордрехт, 1996).35. Ю. Ямпольский и Б. Фримен, Мембранное разделение газов (John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2010). При разделении газов используется градиент давления для обеспечения транспорта через мембрану, которая сконструирована таким образом, что один вид является более проницаемым. Селективный транспорт в этой системе характеризуется двумя параметрами: (1) проницаемостью частиц i , P i , которая связывает молярный поток и движущую силу (Δ P / L ), где Δ P — перепад давления на мембране толщиной L и (2) селективность по видам i, α ij , , которая определяется как P i / j , где j относится к другим транспортируемым видам.В идеале хотелось бы максимизировать как P i , так и α ij . Трудность реализации этого идеала была отмечена Робсоном, который показал, что мембраны с высокой проницаемостью обычно обладают низкой селективностью, тогда как мембраны с высокой селективностью имеют низкую проницаемость. 36 36. L.M.Robeson, J. Membr. науч. 62 , 165 (1991). https://doi.org/10.1016/0376-7388(91)80060-j Когда данные по большому количеству мембран были собраны на графике зависимости селективности от проницаемости, была очевидна четкая верхняя граница.Робсон представил прямую линию на логарифмическом графике зависимости селективности от проницаемости, так что все скомпилированные данные лежат ниже этой линии. Это называется верхней границей Робсона для разделения газов. Мы представляем аналогичный анализ переноса ионов в полимерных электролитах при небольшом постоянном потенциале. Селективный перенос в этой системе характеризуется двумя параметрами: (1) проводимость, κ , связывает полный ток с вкладами как от ионов, так и от движущей силы (ΔΦ/ L ), и (2) доля тока , ρ + , что является мерой селективности переноса катионов.В идеале хотелось бы максимизировать κ и ρ + . 37–39 37. M. Doyle, T.F. Fuller, and J. Newman, J. Electrochem. соц. 140 , 1526 (1993). https://doi.org/10.1149/1.222159738. М. Дойл, Т. Ф. Фуллер и Дж. Ньюман, Электрохим. Acta 39 , 2073 (1994). https://doi.org/10.1016/0013-4686(94)85091-739. K.M. Diederichsen, E.J. McShane, and B.D. McCloskey, ACS Energy Lett. 2 , 2563 (2017). https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00792 На рис. 7 представлены зависимости ρ + от κ nb для электролитов из таблицы II. Линия на рис. 7 аналогична верхней границе Робсона. Верхняя граница определяется эмпирически на ρ + + = -0,64 — 0,34 бревна κ Nb , где κ NB находится в S CM -1 и ρ + ограничен между 0 и 1. Лучшим электролитом будет тот, который поддерживает самую высокую плотность стационарного тока для данного приложенного потенциала, т.е.е., максимизируя наклон на рис. 1(е), m = κ nb ρ + . Поскольку оба параметра были рассчитаны, мы можем ранжировать представляющие интерес электролиты. Это сделано в Таблице III, где в третьем столбце дано произведение κ nb ρ + . Для полноты мы также приводим значения κ b , κ nb , Ne, ρ + и t+0 (если известно). Шесть лучших электролитов идентифицируются по их рангу на рис.7. Интересно, что ρ + меньше или равно 0,2 для всех шести. Другими словами, лучшие электролиты на сегодняшний день полагаются на высокую ионную проводимость, а не на селективный перенос катионов, и попытки достичь значения ρ + ближе к 1 были достигнуты ценой непропорционального снижения ионной проводимости. Значительные исследования были сосредоточены на превышении верхней границы Робсона, поскольку нет физических причин, по которым мембрана не может превзойти ее.То же самое верно и для полимерных электролитов: будущие исследования, направленные на превышение верхней границы, представленной на рис. 7, кажутся оправданными. ТАБЛИЦА III. Ранжированный список электролитов, включенных в это исследование, в порядке от наибольшего к наименьшему κ nb ρ + . Электролит с высоким рейтингом является наиболее эффективным. Ранг, описание электролита, эффективная проводимость в стационарном состоянии ( κ nb ρ + ), проводимость блокирующего электрода ( κ b ), проводимость неблокирующего электрода ( κ 9036 ) Для каждого электролита представлены число Ньюмена (Ne), текущая доля ( ρ + ), число переноса t+0 (если известно), категория и ссылка.Все расчетные параметры взяты из справочника методами, описанными в гл. . 9196
Ранг Электролит κ пь ρ + (мСм / см) κ б (мСм / см ) κ NB (MS / CM) NE ρ + T + 0 категории
1
1 PEO / Litfsi с R = 0.017 21 21. Hiller M.M., Joost M., Gores H.J., Passerini S., Wiemhöfer H. // Электрохим. Acta 114 , 21 (2013). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.09.138 0.28 0.28 1,8 1.8 5.4 0.16 HPE
2 PEO / Litfsi Gel, смешанный с Tegdme 24 24. H. Wang, M. Matsui, Y. Takeda, O. Yamamoto, D. Im, D. Lee, and N. Imanishi, Membranes 3 , 298 (2013).https://doi.org/10.3390/membranes3040298 0.21 1.6 1.6 1.6 6.8 0,13 GPE
3
3 Сшитый кукурузный крахмат с Litfsi 30 30. Y. Lin, J. Li, K. Liu, Y. Liu, J. Liu и X. Wang, Green Chem. 18 , 3796 (2016). https://doi.org/10.1039/C6GC00444J 0,17 0.34 1.0 4970 1.0 4.9 0,17 MCPE
4
4 PEO / Litfsi с R = 0.08 17 17. Песко Д.М., Тимачова К., Бхаттачарья Р., Смит М.С., Виллалуэнга И., Ньюман Дж., Балсара Н.П., J. Electrochem. соц. 164 , E3569 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0581711JES 0.16 2.2 1.58 9.07 0.10 0.43 HPE
5 Органические ионные пластиковые кристаллы с Nafsi 32 32 Ф. Махлугиазад, Р. Юнис, Д. Месеррейес, М. Арман, ПКHowlett и M. Forsyth, Solid State Ionics 312 , 44 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2017.10.014 0.14 2.1 2.1 45 2.2 × 10 -2 Naпе
6 P (2EO-MO)/LiTFSI с r = 0,08 18 18. Q. Zheng, DM Pesko, BM Savoie, K. Timachova, AL Hasan, MC Smith, TF Miller, W. Coates, and NP Balsara, Macromolecules 51 , 2847 (2018).https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b02706 0.10 1.1 1.1 0.54 4.3 0.19 HPE
70014
7 P (2eo-Mo) / Litfsi с r = 0,04 18 18. Q. Zheng, DM Pesko, BM Savoie, K. Timachova, AL Hasan, MC Smith, TF Miller, W. Coates, and NP Balsara, Macromolecules 51 , 2847 (2018) . https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b02706 6,9 × 10 −2 0.69 0.34 0.34 3,9 0.9 HPE
8 LLZO Диспергированы в PVDF-HFP 28 28. W. Zhang, J. NIE, F. LI, ZL Wang и C. Солнце, Nano Energy 45 , 413 (2018). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.01.028 4,9 × 10 -2 0.11 0.16 2.3 2.3 0.31 MCPE
9 P (2EO-MO)/LiTFSI с r = 0.14 18 18. Q. Zheng, D.M. Pesko, B.M. Savoie, K. Timachova, A.L. Hasan, M.C. Smith, T.F. Miller, W. Coates, and N.P. Balsara, Macromolecules 51 , 2847 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b02706 3,9 × 10 -2 0.33 0.24 0.24 5.2 0.16 HPE
10 C8-DMC с 19,9 мас. % LiFSI 22,40 22. Д.Б. Шах, К.Р. Олсон, А. Карни, С.Дж.Mecham, J.M. DeSimone и N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , A3511 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0301714jes40. D. B. Shah, H. Q. Nguyen, L. S. Grundy, K. R. Olson, S. J. Mecham, J. M. DeSimone, and N. P. Balsara, Phys. хим. хим. физ. 21 , 7857 (2019). https://doi.org/10.1039/C9CP00216B 3,7 × 10 -2 5.5 × 10 -2 4,5 × 10 -2 0.23 0.81 -0,07 HPE
11 PMh3O/LiClO 4 25 25.F. Cai, X. Zuo, X. M. Liu, L. Wang, W. Zhai и H. Yang, Electrochim. Acta 106 , 209 (2013). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.05.079 2.4 × 10 -2 8,9 × 10 -2 0.11 3.4 0.23 GPE
12 C8-DMC с 5,84 масс. % LiFSI 22,40 22. Shah D.B., Olson K.R., Karny A., Mecham S.J., DeSimone J.M., Balsara N.P., J. Electrochem.соц. 164 , A3511 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0301714jes40. D. B. Shah, H. Q. Nguyen, L. S. Grundy, K. R. Olson, S. J. Mecham, J. M. DeSimone, and N. P. Balsara, Phys. хим. хим. физ. 21 , 7857 (2019). https://doi.org/10.1039/C9CP00216B 1.2 × 10 -2 8.5 × 10 -3 1.3 × 10 -2 9,0 × 10 -2 0.92 −0,97 HPE
13 Сшитый ПЭО/LiTFSI с TEGDME 26 26.L. Porcarelli, C. Gerbaldi, F. Bella и J.R. Nair, Sci. 6 , 19892 (2016). https://doi.org/10.1038/srep19892 6,7 × 10 -3 0.110 1.5 × 10 -2 1.3 1.3 0.43 GPE
14 с боковыми цепями IL и LiTFSI 29 29. G. Yang, H. Oh, C. Chanthad, and Q. Wang, Chem. Матер. 29 , 9275 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b03229 3.6 × 10 -3 0.120 0.10 27 27 MCPE
15
15 PEO / Litfsi смешаны с PA-Litfsi 27 27. Piszcz M., Garcia-Calvo O., Oteo U., Lopez del Amo JM, Li C., Rodriguez-Martinez LM, Youcef HB, Lago N., Thielen J., Armand M. // Электрохим. Acta 255 , 48 (2017). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.09.139 2.2 × 10 -3 0,141 3,3 × 10 -3 0.64 0.61 0.61 MCPE
16
16 PFPE D10 -DMC с 9,1 мас. % LiTFSI 23 23. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone, and N.P. Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412 1,4 × 10 −3 4,8 × 10 −2 1.7 × 10 −3 0,14 0,88 MCPE
17 PFPE с.1 E00 % LiTFSI 23 23. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone, and N.P. Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412 9,1 × 10 −4 2,2 × 10 −2 2,7 × 105

1 −3 9,7 × 105

1 −3 98

0.36 MCPE
18 Смесь PEO / Na-CMC с NaClo 4 31 31. F. Colò, F. Белла, JR Nair, M. Destrood и C. Gerbaldi , Электрохим. Acta 174 , 185 (2015). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.05.178 3.0 × 10 -4 0.10 6.5 × 10 -2 210 4,8 × 10 13 -3 NaPE
19 PFPE D10 -Диол с 9.1 вес. % LiTFSI 23 23. M. Chintapalli, K. Timachova, K.R. Olson, SJ Mecham, D. Devaux, JM Desimone, and N.P. Balsara, Macromolecules 49 , 3508 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00412 7,4 × 10 -5 3.70 × 10 -2 7,9 × 10 -5 5,0 × 10 -2 0,95 MCPE
Хотя наш анализ сосредоточен на объемных свойствах электролита, мы признаем важность интерфейса электролит/электрод.Как межфазное сопротивление, так и стабильность интерфейса электролит/электрод влияют на эффективность электролита в батарее. Наш подход учитывает межфазное сопротивление [уравнение. (11)–(15)]. Однако ранжирование электролитов основано только на объемных свойствах.

VI. ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел:

ВыберитеНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ТЕОРИЯIII. ДАННЫЕIV. ХАРАКТЕРИСТИКА Э…В. КОМПРЕСС МЕЖДУ УСЛОВИЯМИ… VI. ОБСУЖДЕНИЕ < ρ
+ и транспортными свойствами концентрированных электролитов количественно определяется уравнениями.(4)–(7). В Таблице III есть некоторые электролиты, для которых Ne мала (т. е. Ne ≤ 0,1), а другие, для которых Ne велика (т. е. Ne ≥ 10). В пределе малого Ne 11+Ne≈1−Ne и уравнение (3) сводится к чему означает, что эффективная проводимость электролита в стационарном состоянии незначительно снижается по сравнению с проводимостью при t = 0 + на коэффициент, равный (1 — Ne). Когда Ne велико, 1 + Ne ≈ Ne и уравнение. (3) можно комбинировать с уравнением. (4) и записывается как
iss=F2DcaRT1−t+02TfΔΦL. (18)
Неожиданный вывод из уравнения. (18) заключается в том, что существует класс ионных проводников, для которых связь между i ss и ΔΦ/ L не зависит от электропроводности. Это ясно из уравнения. (4) что Ne можно уменьшить, либо уменьшая κ , уменьшая (1 − t+0) 2 , уменьшая T f , либо увеличивая D .В конечном счете, нам нужны малые значения Ne и большие значения κ : таким образом, уменьшение Ne за счет уменьшения κ нежелательно. С другой стороны, уменьшение (1 − t+0) 2 , уменьшение T f и увеличение D являются желательными путями увеличения ρ + . Очень мало публикаций, в которых измеряются t+0, T f и D . 2,14,17,41,42 2. Ю.Ma, M.Doyle, T.F.Fuller, M.M.Doeff, L.C.De Jonghe, and J.Newman, J. Electrochem. соц. 142 , 1859 (1995). https://doi.org/10.1149/1.204420614. I. Villaluenga, D.M. Pesko, K. Timachova, Z. Feng, J. Newman, V. Srinivasan и N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 165 , A2766 (2018). https://doi.org/10.1149/2.0641811jes17. D.M. Pesko, K. Timachova, R. Bhattacharya, M.C. Smith, I. Villaluenga, J. Newman и N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , E3569 (2017).https://doi.org/10.1149/2.0581711jes41. L.O.Valøen and J.N.Reimers, J.Electrochem. соц. 152 , А882 (2005 г.). https://doi.org/10.1149/1.187273742. H. Lundgren, M. Behm и G. Lindbergh, J. Electrochem. соц. 162 , А413 (2015). https://doi.org/10.1149/2.0961507jes В таблице III представлены значения t+0 в тех случаях, когда об этом сообщалось. Обратите внимание, что существует небольшое соответствие между ρ + и t+0. 17 17. Песко Д.М., Тимачева К., Бхаттачарья Р., М.C. Smith, I. Villaluenga, J. Newman и N. P. Balsara, J. Electrochem. соц. 164 , E3569 (2017). https://doi.org/10.1149/2.0581711jes Наше обсуждение было ограничено электролитами при малых приложенных потенциалах постоянного тока. Независимо от того, велика поляризация или мала, градиенты концентрации соли в клетке влияют на соотношение ток-напряжение. При больших градиентах потенциала, получаемых в практических батареях [рис. 1(c) и 1(d)], концентрационной зависимостью κ , D , t+0 и T f больше нельзя пренебрегать, и для упорядочения электролитов по рангу потребуются численные расчеты, описанные в исх.55. D.M. Pesko, Z. Feng, S. Sawhney, J. Newman, V. Srinivasan, and N.P. Balsara, J. Electrochem. соц. 165 , А3186 (2018). https://doi.org/10.1149/2.0231813jes и 3838. М. Дойл, Т. Ф. Фуллер и Дж. Ньюман, Электрохим. Acta 39 , 2073 (1994). https://doi.org/10.1016/0013-4686(94)85091-7.

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Раздел:

ВыберитеНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ТЕОРИЯIII. ДАННЫЕIV. ХАРАКТЕРИСТИКА Э…В. КОМПРЕСС МЕЖДУ УСЛОВИЯМИ… VI. ОБСУЖДЕНИЕVII.ЗАКЛЮЧЕНИЕ <<НОМЕНКЛАТУРА СПРАВОЧНЫЕ СТАТЬИ Перенос ионов через бинарный аккумуляторный электролит определяется четырьмя параметрами, зависящими от концентрации: κ , D , t+0 и T f . При больших приложенных потенциалах, типичных для многих аккумуляторов, требуется точное знание этих четырех параметров и их зависимости от концентрации, чтобы предсказать взаимосвязь между i и ΔΦ/ L . Задача упрощается для малых приложенных потенциалов, где два параметра определяют соотношение между i и ΔΦ/ L : κ и ρ + .Данные, полученные от симметричных ячеек с неблокирующими электродами, можно использовать для определения ρ + с использованием уравнений. (14) и (15). В принципе, κ можно определить с помощью блокирующих ( κ b ) или неблокирующих электродов ( κ nb ). Наше изучение литературы выявило удивительное несоответствие между этими двумя измерениями, о которых сообщается в значительном количестве публикаций (см. Таблицу III). Когда обнаруживалось несоответствие, κ nb часто было значительно ниже, чем κ b , хотя для некоторых электролитов наблюдается противоположная тенденция.Хотя приведенный здесь анализ основан на κ nb , вполне вероятно, что применимыми являются электролиты, в которых две проводимости находятся в пределах ошибки эксперимента, то есть те, на которые не влияет контакт с интересующим щелочным металлом. Наш анализ ограничен публикациями, в которых были строго измерены как κ nb , так и ρ + . В идеале должны быть максимизированы как κ nb , так и ρ + .Однако между этими двумя параметрами, по-видимому, существует компромисс, в результате чего получается верхняя граница см -1 ), который аналогичен тому, который был раскрыт Робсоном для связи между проницаемостью и селективностью в газоразделительных мембранах. Разработка полимерных электролитов, превышающих этот верхний предел, может позволить создать литиевые и натриевые батареи следующего поколения. В пределе малых приложенных потенциалов коэффициент пропорциональности между i и ΔΦ/ L для бинарных электролитов в стационарном состоянии равен произведению κ nb ρ + .Это соотношение аналогично закону Ома для электронных проводников. При сравнении характеристик электролита предпочтительным является электролит, для которого κ nb ρ + максимально. Мы используем этот принцип для ранжирования электролитов. Мы надеемся, что эта перспектива послужит руководством для количественной оценки эффективности будущих конструкций электролитов.

символ

Электрода (см 2 )

A A

Соль Стехиометрический коэффициент

C

Концентрация соли (Моль CM -3 )

)

0 C
0

Концентрация растворителя (Mol CM -3 )

D

Ограниченный диффузионный коэффициент соли (см 2 S -1 )

D0 + D0 +

Коэффициент диффузии Стефана-Максвелла, описывающие взаимодействия между растворителем и катионом (см 2 S -1 )

D0-

Коэффициент диффузии Стефана-Максвелла, описывающий взаимодействие между растворителем и анионом (см 2 с −1 )

D + —

Коэффициент диффузии Стефана-Максвелла, описывающий взаимодействие между катионом и анионом (см 2 S -1 )

-1-1 )

F

Faraday Constance (96 485 C Mol -1 )

I

Текущая плотность (мА см

)

)

I 0

Начальная плотность тока измеряется после поляризации в Δ v (мА см -2 )

I SS SS

Текущая плотность, измеренная в устойчивом состоянии в ответ на δ V (мА см -2 )

мкОм начальная плотность тока рассчитана по закону Ома при t = 0 + , см. уравнение(14) (MA CM -2 ) L

м

наклон

м 9063

Моляция (Mol KG -1 )

Общие катион

Ne

Newman Number

P I

Проницаемость видов i (моль м -1 с -1 Па -1 )

R 9008.69 универсальная газовая постоянная314 J MOL -1 K -1 K -1 )

0 R

Молярное соотношение катионов до оксигенов в электролите

R B

Массовое сопротивление Электролит, измеренный спектроскопией импеданса переменного тока (ω)

R R I

Интерфицитное сопротивление между электролитом и неблокирующим электродом (Ω)

R I, 0

R i,ss

Ом)

T

температура (K)

9063 0 T
F F

Термодинамический фактор

1 0 T

Время (ы)

T + 0

Передача Количество катионов относительно скорости растворителя

U 0

Батареи Открытый цепь потенциала (V)

Рабочее напряжение батареи (V)

x

Anion

Z + +

Число катионов

Z

Количество зарядов Anion

Почему холодная погода влияет на батареи?

Низкотемпературное использование литий-ионных аккумуляторов имеет такие проблемы, как низкая емкость, сильное затухание, плохая производительность по частоте циклов, очевидное отложение лития и несбалансированный литий.По имеющимся данным, разрядная емкость литий-ионных аккумуляторов при температуре -20°C составляет всего около 31,5% при комнатной температуре. Обычные литий-ионные аккумуляторы работают при температуре от -20 до +55°C. Однако в аэрокосмических, военных, электрических транспортных средствах и т. д. батарея должна нормально работать при температуре -40 °C. Поэтому большое значение имеет улучшение низкотемпературных свойств литий-ионных аккумуляторов. Grepow Battery разработала и произвела высокопроизводительные низкотемпературные аккумуляторы с диапазоном температур от -40°C до 50°C.

Факторы, ограничивающие низкотемпературные характеристики литиевых батарей

В условиях низких температур вязкость электролита увеличивается или даже частично затвердевает, что приводит к снижению проводимости литий-ионного аккумулятора.

Совместимость электролита с отрицательным электродом и сепаратором ухудшается в низкотемпературной среде.

В низкотемпературной среде литий сильно осаждается на отрицательном электроде литий-ионной батареи, и осажденный металлический литий вступает в реакцию с электролитом, а отложение продукта вызывает увеличение толщины поверхности раздела твердого электролита (SEI ).

В низкотемпературной среде литий-ионный аккумулятор имеет уменьшенную систему внутренней диффузии активного материала, а сопротивление переноса заряда (RCT) значительно увеличивается.

Исследование низкотемпературного электролита

Электролит играет роль в переносе ионов лития в литий-ионном аккумуляторе, а его ионная проводимость и характеристики пленкообразования SEI оказывают значительное влияние на низкотемпературные характеристики аккумулятора.

Если судить о достоинствах и недостатках низкотемпературных электролитов, то можно выделить три основных показателя: ионная проводимость, электрохимическое окно и реактивность электродов. Уровень этих трех показателей во многом зависит от входящих в их состав материалов: растворителя, электролита (соли лития), добавки. Поэтому изучение низкотемпературных свойств различных частей электролита имеет большое значение для понимания и улучшения низкотемпературных характеристик аккумулятора.

Низкотемпературные характеристики электролитов на основе ЭК По сравнению с цепочечными карбонатами циклические карбонаты имеют компактную структуру, высокую силу, высокую температуру плавления и вязкость. Однако большая полярность, вызванная кольцевой структурой, имеет тенденцию иметь большую диэлектрическую проницаемость. Большая диэлектрическая проницаемость растворителя EC, высокая ионная проводимость, превосходные пленкообразующие свойства и эффективное предотвращение совместного внедрения молекул растворителя имеют незаменимое положение.Поэтому большинство обычно используемых низкотемпературных электролитных систем основаны на ЕС, а затем смешиваются с низкомолекулярными растворителями с низкой температурой плавления.

Соли лития являются важным компонентом электролитов. Соль лития не только увеличивает ионную проводимость раствора в электролите, но и уменьшает расстояние диффузии ионов лития в растворе. Как правило, чем выше концентрация ионов лития в растворе, тем выше ионная проводимость.Однако концентрация ионов лития в электролите связана не линейно с концентрацией литиевой соли, а параболически. Это связано с тем, что концентрация ионов лития в растворителе зависит от диссоциации литиевой соли в растворителе и прочности ассоциации.

Низкотемпературный электролит

Помимо самого состава батареи, факторы процесса в реальной эксплуатации также будут иметь большое влияние на производительность батареи.

Процесс приготовления

Влияние нагрузки на электрод и толщины покрытия на низкотемпературные характеристики батареи. Что касается скорости сохранения емкости, чем меньше нагрузка на электрод, тем тоньше слой покрытия и тем лучше характеристики при низких температурах.

Состояние зарядки и разрядки

Влияние состояния низкотемпературного заряда и разряда на срок службы батареи и обнаружено, что большая глубина разрядки вызывает большую потерю емкости и сокращает срок службы.

Прочие факторы

Площадь поверхности электрода, размер пор, плотность электрода, смачиваемость электрода и электролита, а также сепаратор — все это влияет на низкотемпературные характеристики литий-ионного аккумулятора. Кроме того, нельзя игнорировать влияние дефектов материалов и процессов на низкотемпературные характеристики батареи.

E Обеспечение работоспособности литий-ионных аккумуляторов при низких температурах

Чтобы обеспечить низкотемпературные характеристики литий-ионных аккумуляторов, необходимо выполнить следующие пункты: сформировать тонкую и плотную пленку SEI; гарантированный Li+ имеет большой коэффициент диффузии в активном материале; электролит имеет высокую ионную проводимость при низкой температуре.Аккумулятор Grepow использует низкотемпературный электролит при низкой температуре, что позволяет обеспечить нормальную работу оборудования в условиях низких температур.

Прорыв воздействия низких температур на батареи

По сравнению с обычным литий-ионным аккумулятором, низкотемпературный аккумулятор Grepow, диапазон температур от -40 ° C до 50 ° C. По сравнению с традиционными литий-полимерными аккумуляторами он преодолел пределы температуры разряда -20 ℃. до 60℃.Ожидается, что это полностью решит проблемы емкости батареи при низких температурах, проблемы затухания и проблемы безопасности контура.

Низкотемпературная батарея Grepow

может эффективно улучшить характеристики разрядки батареи в условиях низких температур, уменьшить внутреннее сопротивление батареи и добиться эффекта высокоскоростной разрядки. Поэтому срок службы батареи больше, а мощность выше. При низкой температуре емкость низкотемпературной батареи Grepow по-прежнему превышает 80% на 0.2C разряд при -30 °C.

Гибкий размер, батарея может быть спроектирована в соответствии с размером заказчика. Grepow производит низкотемпературные батареи, которые могут широко использоваться в холодном климате и в военной продукции. Например, GPS, автомобильные трекеры, военные радиостанции, индикаторы ломаных линий, аэрокосмическая промышленность, авиация, глубоководное подводное плавание, полярная наука, приключения, спасение холодного пояса, помощь при стихийных бедствиях, зимняя одежда, холодная обувь и другие системы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *