Как корректировать плотность электролита в аккумуляторе: Центр Аккумуляторных Батарей.

Содержание

Корректировка электролита в аккумуляторе

Аккумуляторная батарея – один из основных элементов автомобиля, отвечающих за пуск двигателя. Значение аккумулятора сложно переоценить, ведь без него невозможно завести мотор, а, значит, машина своим ходом передвигаться не сможет. Именно поэтому АКБ требует к себе особого внимания, исключающего возникновение неприятных ситуаций в виде невозможности совершить запланированную поездку. При этом стоит отметить, что для поддержания работоспособности это важного источника питания не требуется предпринимать каких-то сверхусилий, а достаточно выполнять лишь небольшой комплекс профилактических мер.

Свинцовая аккумуляторная батарея представляет собой гальванический элемент, внутри которого химическая энергия в результате протекающих реакций преобразуется в электрическую. Этот процесс невозможен без электролита – раствора кислоты, обеспечивающего движение заряженных частиц между погруженными в него электродами. Как правило, электролит представляет собой водный раствор серной кислоты определенной плотности. Именно такой параметр как плотность электролита оказывает значительное влияние на работоспособность аккумулятора, поэтому периодически его нужно контролировать.

Измерение плотности электролита в аккумуляторе

Измерить плотность залитого в свинцовый аккумулятор электролита не так уж сложно, однако есть определенные нюансы, связанные с особенностями устройства и принципом работы АКБ. Перечислим некоторые важные моменты, которые надо учесть:

  1. Осуществить процедуру измерения плотности получится только в случае с так называемым обслуживаемым аккумулятором, который предоставляет доступ к банкам (секциям) с электролитом посредством закрытых крышками заливных отверстий. Как раз через эти отверстия (обычно их число равно шести, как и количество секций) и осуществляется забор состава для замера плотности.
  2. В процессе своей работы автомобильная аккумуляторная батарея постоянно заряжается и разряжается. Разряд происходит при прокручивании стартера, а заряд – при уже заведенном двигателе от генератора. В зависимости от степени заряженности меняется и плотность электролита. Значения могут колебаться в пределах 0.15-0.16 г/см3. Важно отметить, что автомобильный генератор не способен полностью зарядить аккумуляторную батарею. При штатной работе на машине потенциал АКБ используется только на 80-90%. Полный заряд может обеспечить только внешнее зарядное устройство, к которому обязательно придется прибегнуть перед осуществлением замера плотности электролита.
  3. Плотность электролита зависит от его температуры. Обычно замер производится при температуре +25 °С, в противном случае делаются поправки.

Допустим, все вышеперечисленные условия приняты во внимание, и есть возможность приступить непосредственно к замеру плотности. Для этого понадобится специальный прибор – денсиметр, который состоит из ареометра, резиновой груши и стеклянной трубки с наконечником. Прибор вводится в банку аккумулятора через заливное отверстие, а затем осуществляется засасывание электролита с помощью резиновой груши. Оно происходит до тех пор, пока ареометр не всплывет. Показания считываются после того, как прекратятся колебания ареометра и появится возможность определения точного значения. Отсчет показаний производится по шкале, при этом взгляд должен находиться на уровне поверхности жидкости.

Полученное значение должно входить в диапазон 1.25-1.27 г/см3, если автомобиль эксплуатируется в средней полосе. В холодной климатической зоне (средняя месячная температура января ниже -15 °С) показатель должен находиться в интервале 1.27-1.29 г/см3. Проверять плотность электролита на соответствие этим числам нужно в каждой из шести банок аккумулятора. Показания не должны отличаться более чем на 0.01 г/см3, иначе потребуется их корректировка.

Как мы уже говорили, плотность электролита изменяется в зависимости от температуры. Это значит, что зимой и летом жидкость в одном и том же полностью исправном аккумуляторе будет иметь разную плотность. О том, насколько будут разниться показания, дает представление приведенная ниже таблица.

Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см3 Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см3
-55…-41 -0.05 +5…+19 -0.01
-40…-26 -0.04 +20…+30 0
-25…-11 -0.03 +31…+45 +0.01
-10…+4 -0.02 +46…+60 +0.02

Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности демонстрирует еще одна таблица. На основе этих данных можно установить оптимальную плотность электролита для конкретных климатических условий. Нижняя граница подобранного интервала должна гарантировать, что электролит не замерзнет даже при самых сильных холодах и обеспечит требуемое для прокручивания стартера усилие. В то же время чрезмерно завышать плотность тоже нельзя, так как на положительных электродах аккумулятора начинают ускоряться коррозионные процессы, приводящие к сульфатации пластин.

Плотность электролита при 25 °С, г/см3 Температура замерзания, °С Плотность электролита при 25 °С, г/см3 Температура замерзания, °С
1.09 -7 1.22 -40
1.10 -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 1.30 -66
1.18 -22 1.31 -64
1.19 -25 1.32 -57
1.20 -28 1.33 -54
1.21 -34 1.40 -37

Причины изменения плотности электролита

Зафиксированные в результате измерения плотности значения не всегда соответствуют требуемым показателям. Расхождения могут касаться как отдельных банок аккумулятора, так и всех вместе. Если плотность завышена, то нужно обратить в первую очередь внимание на уровень электролита. Низкий уровень в большинстве случае является последствием электролиза, приводящего к разложению входящей в состав электролита воды на водород и кислород. Этот процесс выражается в появлении на поверхности жидкости пузырьков, что обычно происходит при зарядке аккумулятора. Частое «кипение» может приводить к снижению концентрации воды, и этот вопрос решается ее простым добавлением. Доливать в аккумулятор стоит только дистиллированную воду, контролируя при этом уровень электролита. Подробнее о корректировке плотности электролита поговорим ниже.

Если с повышенной плотностью все ясно, то с пониженной ситуация несколько сложнее. В теории, одной из причин понижения плотности, может быть то, что по какой-то причине в электролите уменьшилась доля серной кислоты. Однако на практике это маловероятно, так как сама по себе она обладает высокой температурой кипения, исключающей испарение даже при интенсивном нагреве, который происходит, например, при зарядке аккумуляторной батареи. Более распространенной причиной снижения плотности электролита является так называемая сульфатация пластин, заключающаяся в образовании на электродах сульфата свинца (PbSO4). На самом деле, это естественный процесс, происходящий при каждом разряде АКБ. Но дело в том, что при нормальном режиме работы после разряда аккумулятора обязательно происходит его заряд (на автомобиле аккумулятор постоянно подзаряжается от генератора). Заряд сопровождается обратным преобразованием сульфата свинца в свинец (на катоде) и двуокись свинца (на аноде) – в те активные вещества, которые составляют основу электродов и непосредственно участвуют в химическом процессе внутри аккумуляторной батареи. Если АКБ находится длительное время в разряженном состоянии, сульфат свинца кристаллизуется, безвозвратно теряя способность участвовать в химических реакциях. Это очень неприятный процесс, в результате которого аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства ввиду того, что не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений. По сути, здесь уже идет разговор об устранении нарушений в нормальном функционировании аккумулятора.

Частичную сульфатацию пластин можно устранить с помощью контрольно-тренировочных циклов, заключающихся в заряде и последующем разряде батареи до определенного уровня. Большинство современных зарядных устройств имеют такую функцию, поэтому имеет смысл ей воспользоваться, особенно если аккумулятор по какой-то причине долго находился в разряженном состоянии. Процедура десульфатации весьма длительная и может занять до нескольких дней. Если она не принесла результата, то крайней мерой является увеличение плотности с помощью добавления корректирующего электролита (плотность около 1.40 г/см

3). Такой способ можно рассматривать только как временное решение проблемы, потому что причина как таковая не устраняется.

Как поднять плотность электролита

Понизить или повысить плотность электролита в аккумуляторе можно путем откачивания его определенного количества, и долива взамен дистиллированной воды или электролита с повышенной плотностью (корректирующего). Данная процедура требует больших временных затрат, так как цикл откачки-долива может повторяться несколько раз, пока не будет достигнуто требуемое значение. После каждой корректировки необходимо поставить аккумулятор на зарядку (минимум на 30 минут), а затем дать ему постоять (0.5-2 часа). Эти действия необходимы для лучшего перемешивания электролита и выравнивания плотности в банках.

В процессе поднятия (или понижения) плотности электролита не стоит забывать и о контроле его уровня. Он осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до тех пор, пока не упрется в предохранительную сетку. Далее верхний конец закрывается пальцем, а сама трубка осторожно поднимается вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбика указывает на расстояние от верхней кромки пластин до поверхности залитого электролита. Оно должно составлять 10-15 мм. Если аккумулятор имеет индикатор (тубус) или прозрачный корпус с нанесенными метками минимума и максимума, то контролировать уровень значительно проще.

Не стоит забывать, что все операции с электролитом необходимо выполнять осторожно, используя защитные перчатки и очки.


Корректировка плотности электролита | Описания, разъяснения | Статьи

Зачастую, можно услышать, что если плотность электролита в источнике питания понизилась, то нужно мигом долить электролит, тем самым повысить его плотность. Также говорят, что при заряде электролит из батареи может выплескивается. Так ли это?

В реальности при заряде выделяются пузырьки газа – это молекулы кислорода и водорода, т. е вода. Сера из батареи никуда не пропадает. Поэтому не стоит сразу искать электролит, чтобы увеличить его плотность. Лучше найти то, из-за чего, собственно, снижается плотность.

Включенные днем фары, магнитофон, сигнализации, обогреватели и много-много другого дополнительное оборудование не дают источнику питания полностью зарядиться, поскольку от генератора часть энергии попадает не на зарядку аккумулятора, а на обслуживание всех этих опций. Также играют роль и городской режим, при котором авто еле движется в пробках. Аккумуляторная батарея на машине нормально заряжается при быстром движении, а в пробках   на холостых оборотах зарядки АкБ практически нет, вся энергия тратится на питание электроприборов машины.

Постоянный недозаряд батареи приводит к его сильной сульфатации. Определенное количество серы не растворяется, а кристаллизуется на одной из частей пластин. В этот момент образуется достаточно твердый слой сульфата свинца с большими кристаллами, который тормозит работу этой части пластин.  Плотность электролита становится меньшей т.к. часть серы остается на пластинах и превращается в сложно растворимые кристаллы.       

При ситуации, которая не сильно запущена, можно воспользоваться полной зарядкой аккумуляторной батареи. А лучше произвести парочку циклов заряд-разряд, при этом полностью заряжая аккумулятор.

Если Вы имеете регулируемое зарядное приспособление, то нужно его настроить на зарядный ток 0,05С номинальной емкости и производить зарядку источника питания от 12 до 72 часов. Во время зарядки нужно все время проверять плотность и уровень электролита. Для полного заряда источника питания настройка зарядного приспособления должна происходить не менее 2,65В на элемент или 15,9В для 12В батарей. Ведь в процессе заряда должны состоятся газовыделение — «кипение» автобатареи.

Инновационные автоматические зарядные приспособления для стартерных батарей настроены с итоговым зарядным напряжением 14,4В (2,4В на элемент), так же как настроены реле регуляторы на машинах. Такое напряжение защищает автомобиль от бурного газовыделения, но не позволяет аккумулятору зарядиться на все 100%.

По этим причинам изготовители стартерных источников питания советуют один раз в полгода проверять плотность электролита и до конца заряжать автобатарею.

Если Вы дольете электролит, то в батарее может увеличится количество серы, и соответственно плотность увеличится. Но кристаллы свинца, которые связывают пластины будут препядствовать их работе полностью. К тому же большое количество серы будет влиять на отслоение активной массы на пластинах.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Корректировка плотности и замена электролита

Специалисты АКБ-Сервиса в Ижевске напоминают о том, что проверку плотности электролита в аккумуляторе необходимо выполнять не реже одного раза в год. Почему изменяется плотность электролитической жидкости? 

Во время скоростного движения аккумулятор получает необходимое электричество для полного заряда. Однако если вы часто двигаетесь в пробках, львиная доля электроснабжения уходит на обслуживание других электроприборов, а батарея заряжается не полностью.

В результате происходит сульфатация – частицы серы оседают, образуя плотный слой, а в самой жидкости концентрация серы уменьшается. Если ситуация не критична, поможет полная зарядка аккумулятора. Если же выпало в твердый осадок большое количество серы, необходима помощь специалистов из АКБ-Сервиса в Ижевске. Другое дело – когда плотность электролита снизилась из-за его пролива. Выяснить в чем проблема и решить ее вы можете, приехав к нам в любое удобное время.

  • Мы проведем тщательную диагностику батареи, чтобы определить причину снижения плотности электролитической жидкости.
  • Мы приведем плотность к нормальному состоянию (при 25 градусах 1,28+-0,01г/см3), используя технологию, которая будет эффективной и безопасной в конкретной ситуации.
  • Если аккумуляторная батарея нуждается в замене электролита, мы используем качественные составы проверенных производителей.
  • Если в процессе диагностики выяснится, что причиной снижения плотности является выработка батареи, корректировка плотности электролита или его доливка – не выполняются, так как это лишние расходы для наших клиентов. В таком случае мы проконсультируем по поводу покупки новой АКБ для автомобиля.

Чтобы вы могли самостоятельно контролировать плотность электролитической жидкости в аккумуляторе машины, вы можете использовать недорогой современный ареометр. Прибор прост в использовании и имеет доступную цену. Купить ареометр для электролита в Ижевске вы можете как на нашем сайте, так и непосредственно в АКБ-Сервисе.

Корректировка плотности электролита — Справочник химика 21

    Корректировку плотности электролита рекомендуется проводить следующим образом. Если плотность электролита, приведенная к 25 °С, ниже требуемой, то в аккумуляторы доливают электролит плотностью 1,40 г/см , а если она выше — доливают дистиллированную воду. Сначала из аккумулятора в зависимости от имеющейся и требуемой плотности отбирают определенный объем электролита. Затем в соответствии с табл. 7.3 доливают определенное количество электролита плотностью 1,40 г/см или дистиллированной воды. И, наконец, через 30 мин проверяют плотность электролита в аккумуляторах. При нормальном ее значении доводят уровень электролита до нормы. Если разница между фактической и требуемой плотностями электролита велика, то операцию отбора—доливки повторяют три-четыре раза с интервалами между ними в 30 мин. Это необходимо для выравнивания плотности электролита в аккумуляторе. [c.99]
    Электролит I обладает хорошей рассеивающей способностью и позволяет осаждать медь непосредственно на железных изделиях. Однако он токсичен, требует более частой корректировки. Электро лит II прост по составу, но обладает низкой рассеивающей способностью. Применение перемешивания и подогрева в электролите II позволяет увеличить плотность тока до 10—20 а дм . Необходима периодическая илн непрерывная [c.945]

    Аноды из никеля в пирофосфатном электролите пассивируются уже при низких плотностях тока и поэтому они не пригодны. Можно применять аноды из олова при анодной плотности тока 1>а до 2 а/дм с периодической корректировкой электролита по никелю или аноды из термического сплава при >а до 3 а/дм . Свойства осадков сплава 5п—Ni из пирофосфатного электролита мало отличаются от осадков, полученных из хлорид-фторидного электролита. [c.207]

    Электролитический способ снятия олова с жестяных отходов получил наиболее широкое применение, особенно в небольших установках при консервных заводах для переработки обрезков белой жести (до 30% производства банок). В кислых растворах железо на аноде растворяется вместе с оловом этого можно почти полностью избежать, если ввести в раствор серной кислоты сильный окислитель, например, хромовый ангидрид, тогда можно получать довольно чистое олово иа катоде с плотностью тока до 1000 а м однако кислый электролит требует частой корректировки, приготовление его сложно, аппаратура должна быть кислотостойкой. Повсеместное применение получили щелочные электролиты, позволяющие анодно растворять только олово и пассивировать железо. [c.225]

    Важнейшими неполадками при хромировании являются неравномерное покрытие — от неравномерной плотности тока пригорелые или матовые осадки — от повышенной плотности тока при данной температуре темные полосы — от недостатка серной кислоты и от частиц шлама темные осадки — от избытка трехвалентных ионов и от низкой температуры отслаивание— от плохого обезжиривания, плохого подслоя никеля, несоответствия температуры и плотности тока наросты, бугры и углубления на толстых осадках хрома — от загрязнений в электролите и т. д. Хромовый электролит требует постоянного контроля и корректировки. [c.354]

    Сю ДО напряжения 1,8 в, электролит удаляется и аккумулятор доверху заполняется дистиллированной водой. Через 3—4 ч вода удаляется, аккумулятор заливается электролитом с удельным весом 1,24 и заряжается до постоянства напряжения на аккумуляторе и плотности электролита. После заряда плотность электролита корректируется. Если она меньше 1,215, корректировка производится раствором серной кислоты с удельным весом 1,3. Для этого резиновой грушей отбирается часть электролита и вместо него вводится в аккумулятор указанный раствор. После этого для перемешивания электролита заряд продолжается еше 2 ч. [c.223]


    Сущность этого явления заключается в том, что анод, в силу его плохой смачиваемости, обволакивается пленкой анодного газа. Плохо проводящая газовая пленка резко увеличивает сопротивление на участке анод — электролит, что приводит к резкому скачку напряжения на ванне (в 5— 10 раз больше нормального) или такому же резкому падению силы тока. При этом электролит перегревается, выход по току падает, расход материала анода и электроэнергии весьма возрастает, а генератор постоянного тока получает вредный толчок. Анодный эффект можно ликвидировать корректировкой и перемешиванием электролита, а также снижением анодной плотности тока ниже критической. [c.56]

    Аммиакатные (хлористые) электролиты стали применять сравнительно недавно. Эти электролиты имеют простой состав, устойчивы в работе, не требуют частой корректировки. По рассеивающей способности они подобны цинкатным и, так же как последние, применяются для замены ядовитых цианистых растворов при покрытии не очень рельефных деталей. Выход металла по току высокий и в рабочем интервале плотностей тока приближается к теоретическому. Электролиты хорошо работают при 35—40 °С. В хлор-аммиакатном электролите цинк находится в виде комплексной соли состава [2п(КНз)4]С12, которая диссоциирует с образованием комплексного катиона  [c.25]

    К недостаткам цианистых электролитов относятся ядовитость и неустойчивость состава вследствие взаимодействия цианида натрия (калия) с СО2 из воздуха и выделения циановодорода необходимость постоянной корректировки электролита по цианиду натрия (калия) меньшая допустимая катодная плотность тока и более низкий выход по току, чем в кислом электролите склонность анодов к пассивированию. [c.35]

    С повышением концентрации марганца в электролите до 40 г/л увеличивается его содержание в сплаве. Дальнейший рост концентрации соли марганца неблагоприятно сказывается на процессе электролиза, что объясняется значительной окисляемостью марганца на аноде. Последнее приводит к оседанию образующихся окис-ных соединений марганца на поверхности анода и ее пассированию. Отрицательным следствием этого процесса является непроизводительное снижение концентрации марганца в электролите, вызывающее необходимость частой корректировки последнего и зачистку анодов. За 12 часов работы количество марганца в электролите при исходном значении 30 г л и плотности загрузки 0,3 дм л [c.110]

    С целью поддержания постоянной концентрации металла в электролите часть цинковых анодов рекомендуется заменить стальными. Плотность тока в этом случае подбирают такой, чтобы происходила пассивация только цинковых анодов, но не стальных. При этом распределение тока должно быть пропорционально их переходным сопротивлениям. Регулируя соотношение анодных площадей цинка и стали, можно добиться полного соответствия между анодным и катодным выходами по току и предотвратить накопление цинка в растворе. Оптимальная поверхность стальных анодов составляет 30—50% цинковых катодная плотность тока 4—8 А/дм . При необходимости более точного регулирования растворения цинковых анодов применяют анодные штанги с раздельными цепями питания, снабженными реостатом и амперметром. Цепь стальных анодов дополнительно обеспечивается прерывателем для отключения во время перерывов в работе. В противном случае образующаяся гальваническая пара Ре—2п способствует интенсивному растворению последнего. Изменяя сопротивление в анодной цепи, можно с большой точностью регулировать концентрацию ионов цинка в растворе, а своевременной корректировкой раствора по другим компонентам и тщательной очисткой от примесей создать условия, когда цинковые электролиты будут работать годами, не требуя замены. [c.88]

    Так как в электролите содержится шестивалентный хром, выделению железа предшествует восстановление хрома до трехвалентного. Оптимальными условиями восстановления являются плотность электролита 1,7, температура 20—25° С, плотность тока катодная 0,5 А/дм , анодная 2—5 А/дм [19, 63] (табл. 4). Катодом служит свинцовая пластина анодное пространство отделяется свинцовыми дырчатыми сосудами, заключенными в стеклоткань, или керамическими пластинами. Процесс выделения железа целесообразно начинать при плотности электролита 1,7. Остаточная концентрация железа 1,0—1,5% (в пересчете на РегОз). После этого производится анодное окисление трехвалентного хрома и корректировка кислот до рабочих концентраций. [c.93]

    После растворения электролит готов к эксплуатации без введения каких-либо добавок. Электролит допускает колебания концентрации серебра в пересчете на металл от 6 до 40 г л. Рабочая температура электролита 15—25°С. Осаждение серебра ведут при плотности тока = 0,2- -h0,3 а/дм . Перемешивание электролита не рекомендуется. Аноды серебряные. Выход по току т] = 100%. Электролит обладает высокой рассеивающей способностью и позволяет получать мелкокристаллические и хорошо полирующиеся покрытия. Корректировка электролита состоит в приливании сульфита натрия или в добавлении свеже-осажденного сульфита серебра. Осаждение серебра из этого электролита на детали из меди и ее сплавов требует предварительной подготовки поверхности, заключающейся либо в амальгамировании, либо в контактном серебрении. [c.29]


    Электролит I обладает хорошей рассеиваюше способность о и позволяет осаждать медь непосредственно па железных изделиях. Однако ои токсичен, требует более частой корректировки, Электро- цт II прост по составу, ио обладает низкой рассеивающей срюсоб-иостью. Применение перемешиза-иин и подогрева в электролите II 11038.1 увеличить плотность то- [c.945]

    К недостаткам цианидных электролитов относятся токсичность и неустойчивость состава вследствие взаимодействия цианида натрия (калия) с СО2 воздуха и выделения циановодо-рода необходимость частой корректировки электролита по цианиду натрия (калия) меньшая допустимая катодная плотность тока н более низкий выход по току, чем в кислом электролите склонност ) анодов к пассивации. В цианидных электролитах необходим избыток свободного цианида натрия (калия) для обеспечения устойчивости комплексного соединения, улучшения структуры осадков, увеличения рассеивающей способности электролита и устранения пассивации анодов. Однако большой избыток цианида допускать не следует, так как резко снижается катодный выход но току меди. В качестве активатора анодов в электролит вводят согнетову соль и роданиды. [c.33]

    Эфирногидридный электролит — основной неводный электролит алюминирования промышленного масштаба. Исходный вариант его был предложен и разработан А. Бреннером [702, 282, 764, 767] под названием ИБС (национальное бюро стандартов США). Состав эфирногидридного электролита следующий хлорид алюминия (1—4М), гидрид лития (0,5—1,0 М) или смешанный литиевоалюминиевый гидрид (0,1 —0,4 М), абсолютированный диэтиловый эфир. Ванну на основе электролита НБС обычно герметизируют сухим азотом или аргоном, рабочая температура — комнатная. Электроосаждение проведено на самые различные подложки от активных металлов (уран) до инертных конструкционных материалов (стали, латуни, медь, серебро), аноды — алюминиевые. В интервале плотностей тока до 0,1—0,15 А/см с 90—100 %-ным выходом катодно осаждается мелкокристаллический плотный эластичный осадок алюминия, при этом могут быть получены гальвано-пластические слои до 2—5 мм. Осадок алюминия содержит лишь следы тяжелых металлов. Процесс электроосаждення включает приемы, обеспечивающие выравнивание поверхности покрытия проточный, равномерно омывающий рабочий электрод электролит медленное вращение катода непрерывное фильтрование электролита и др. При тщательной герметизации, строгом соблюдении условий электролиза и корректировки ванна может работать непрерывно в течение 18 месяцев. Основным недостатком ванны на основе НБС является высокая летучесть и легкая воспламеняемость. [c.149]

    Химически чистый КС1 обезвоживают в муфельной печи при температуре 350—400° С. Состав расплава 30—70 /о КС1, 10—30% K2Zrp6, 20—40% KF. Температура электролиза 750 — 800° С, катодная плотность тока 0,3—0,5 а/см , выход по току 50—60%. Продолжительность наращивания катодной груши 2—2,5 ч. В процессе электролиза для корректировки состава электролита в ванну вносят 20 г K2ZrFe и 25 г КС1 на каждые 10 а-ч, пропущенные через электролит. В открытых электролизерах чистота металла не превышает 0,3—0,4% по кислороду и 0,01 % по азоту, а в герметичных электролизерах с защитной атмосферой содержание кислорода 0,06 /о, азота 0,003%. Катодный осадок содержит 307о металла и электролит. [c.301]

    Впервые о возможности получения сплавов d—Ti я Zn—Ti из цианистых электролитов было сообщено в [77]. В [78] описан технологический процесс электроосаждения сплава d—Ti на детали самолетов из высокопрочных сталей 4340, применяемый на заводах фирмы Боинг . Растворимую соль титана получали следующим образом. Фирменная титановая паста, содержащая 15% титана, наносилась на фильтровальную ткань. Затем паста растворялась с помощью перекиси водорода и через фильтровальную ткань переводилась в цианистую ванну кадмирования ( d 21—26 г/л, Na N 97—128 г/л, NaOH 15—19 г/л, Nas Os 37,5 г/л). Из-за нестабильности перекисных титановых соединений содержание титана в ванне должно постоянно корректироваться. Корректировка производилась при непрерывном растворении и фильтрации титана через фильтровальную ткань также с помощью перекиси водорода. Содержание титана в электролите составляло 0,24—0,41 г/л. На изделие вначале наносится тонкая пленка сплава в течение 15 сек. при повышенной плотности тока 4,3—4,8 а/дм . Затем электролиз ведут при обычной плотности тока 1,6—3,2 а/дм . Содержание титана в осадке составляет обычно 0,1—0,5%. Указывается, что после осаждения такого покрытия толщиной 12,5 мк для восстановления механических свойств изделий требовалось всего 2 часа прогрева при температуре 190° по сравнению с обычными 24 часами. Для надежности на производстве прогрев производили в течение 12 час. По мнению авторов, снижение наводороживания стали при электроосаждении сплава d—Ti объясняется, во-первых, тем, что титан сам поглощает значительные количества водорода, и, во-вторых, частич- [c.204]

    К электролитам предъявляются требования высокая рассеивающая способность, возможность работать с большими плотностями тока и получение металла с высокими механическими свойствами (например, для использования в качестве матриц при прессовании). Для осаждения меди применяют, например, интенсивно работающий электролит, состоящий из 240—260 г uS04 5h30, 60—70 г h3SO1 и 0,2, г сульфированного антрацена в 1 л при плотностях тока 4—10 а/дм , температуре 37—39° и при перемешивании сжатым воздухом, направленным на катод. Аноды — из электролитной меди, однако для корректировки электролита вводят, кроме того, нерастворимые свинцовые аноды и изменяют их площадь по мере надобности. Часто применяют вращающиеся катоды. [c.384]

    В электролите химического никелирования, содержащего первоначально сульфат никеля (СН) N 504 х х7НаО 20 г/л (Сен) и гипофосфит натрия (ГФ) НаНаРОаХ хНаО—10 г/л (Сгф), никелируются детали на толщину покрытия 6 = 12 мкм при плотности загрузки деталей 5 = 1,5 дм л. Покрытие содержит / Ы1 —92 вес.% никеля и рр = 9% фосфора и имеет плотность = 7,9 г/см . Коэффициент использования гипофосфита при химических превращениях составляет К г 1 = 42%. После каждого цикла покрытия раствор корректируется химикатами до начального содержания. Такую корректировку проводят до тех пор, пока концентрация фосфита НаНзРОз не достигнет максимально допустимой величины Сф = 60 г/л. Механические потери раствора при уносе с деталями, в вентиляцию и при корректировке составляют р = = 0,20 л на 1 м никелируемых деталей. Какое количество циклов никелирования можно провести в таком электролите Каковы общие коэффициенты использования сульфата никеля и гипофосфита натрия (см. задачу 234)  [c.186]

    Корректировку электролита по электропроводности производят хромовым ангидридом, концентрацию которого допускается доводить до 250 г л. При введении в электролит борной кислоты оксидная пленка приобретает красивый серо-голубой цвет и приобретает сходство с эмалированной поверхностью, вследствие чего процесс получил наименование эмати ирования. Для этой цели применяется электролит, содержащий 28—32 г/л хромового ангидрида и 1—2 г/л борной кислоты. Рабочая температура 45 3° С, плотность тока Da = 1 а дм , выдержка 50—60 мин. [c.179]

    Сурьмяновиннокислый калий готовят путем растворения окиси сурьмы ЗЬаОз в винной кислоте с последующей нейтрализацией едким кали. Корректировку pH производят соляной кислотой. Электролит требует предварительной проработки в течение 10—20 ч при плотности тока 0,25 а дм . Отношение площади анодов к покрываемой поверхности следует поддерживать равным 4 1. Толщину слоя сурьмы можно доводить до 200 мкм и более. [c.108]

    Нерастворимые аноды применяются из платины или графита. Корректировка электролита заключается в основном во введении добавок АзгОд для компенсации металла, израсходованного на осаждение. Электролит отличается высокой рассеивающей способностью. Слой мышьяка осаждается блестящий, темно-серого цвета и с хорошей адгезией не только, к металлам, но и к полупроводникам, например к германию. Толщину покрытия можно доводить до 20 мкм. Хорошие результаты дает также осаждение мышьяка из раствора метаарсенита калия в глицерине при температуре / = 210° С и плотности тока Ок = 8 а дм . [c.111]


как измерить ее в батарее, почему она бывает высокой

Практически каждый автомобилист знает, насколько важно держать аккумуляторную батарею своего автомобиля в порядке. От ее состояния зависит не только возможность пуска двигателя, но и нормальная работа всего электрооборудования машины. К сожалению, далеко не всем известно, что исправность и «боеготовность» батареи зависит не только от своевременной и качественной ее зарядки, но и от нормальной плотности электролита в аккумуляторе.

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

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.

Понятие плотности электролита

Вполне понятно, что количество серной кислоты и диоксида свинца в батарее должно быть сбалансированным – ведь они расходуются вместе. Поскольку количество диоксида свинца определяется производителем, автомобилисту после покупки аккумулятора остается лишь заправить АКБ необходимым количеством кислоты. Емкость секций батареи тоже фиксирована, поэтому в нее больше нормы не зальешь.

Остается единственный вариант – разбавить кислоту нейтральной к свинцу жидкостью, что и делается. Разбавляется кислота обычной водой, но дистиллированной, чтобы соли, содержащиеся в обычной воде, не нарушили чистоту раствора и не вывели АКБ из строя. Обычно автолюбитель покупает уже готовый электролит нужной плотности в автомагазине, хотя приготовить его можно и самостоятельно.

Процентное отношение воды к кислоте в полностью заряженном аккумуляторе составляет 70/30. Но при составлении электролита и его измерениях намного удобнее пользоваться единицами плотности – г/см. куб. или кг/м. куб. Удельный вес воды и кислоты различен, а значит, по общей плотности раствора можно судить о процентном соотношении его составляющих – концентрации.

Оптимальная концентрация кислоты

Пониженная концентрация, как правило, приводит к ускоренной сульфатации пластин – образованию на них нерастворимого сульфата свинца, который уже не может разложиться на кислоту и диоксид. В результате емкость батареи катастрофически падает, КПД уменьшается, а внутреннее сопротивление увеличивается (сульфат – диэлектрик).

Даже полностью заряженная, но сульфатированная батарея, выдающая, казалось бы, нормальное напряжение, садится после первого пуска, а то и вообще не в состоянии провернуть стартер. Кроме того, электролит с низкой плотностью замерзает при более высоких температурах, а значит, на стоянке даже при легком морозе батарею попросту разорвет льдом.

Чрезмерно высокая плотность электролита в аккумуляторной батарее не менее опасна, поскольку излишняя кислотность сокращает ресурс батареи в разы, буквально съедая пластины. Конечно, аккумулятор, залитый одной кислотой, будет крутить «как зверь», но сколько проживет такая АКБ? Сутки, может неделю. Если повезет – месяц.

А теперь пора вернуться к оптимальной плотности. В сети можно увидеть множество таблиц «рекомендованной» плотности, в зависимости от климатических условий. Если тепло – пониже, если мороз – повыше. Чем грозят эти «повыше» и «пониже», было описано в предыдущих абзацах. Поэтому не стоит изобретать велосипед, поскольку все эксперименты уже провели производители АКБ, а рекомендованная плотность приводится в сопроводительной документации.

С новым, сухим (сухозаряженным) аккумулятором все просто – в него заливается электролит комнатной температуры с плотностью 1.28 г/см. куб. Через час концентрация упадет до 1.26 – 1.27 г/см. куб., и батарея готова к работе. Далее, в процессе заряда/разряда аккумулятора и в зависимости от температуры окружающей среды, плотность раствора будет все время колебаться. Больше разряд – ниже плотность, идет заряд – плотность повышается. В нормально функционирующей АКБ отношение плотности к степени заряда и напряжению на клеммах выражается следующими показателями:

  • 1.265 кг/м. куб. — 12.6 … 12.7 В — полностью заряжена;
  • 1.225 кг/м. куб. — 12.3 … 12.4 В — 75%;
  • 1.190 кг/м. куб. — 12.0 … 12.1 В — 50%;
  • 1.115 кг/м. куб. — 11.8 … 11.9 В — 25%;
  • 1.120 кг/м. куб. — 11.6 … 11.7 В — разряжена;
  • ниже 1.120 кг/м. куб. — ниже 11.6 В — глубокий разряд.

Стоит обратить внимание на то, что все параметры батареи, включая плотность и напряжение, сильно зависят от температуры. Поэтому значения справедливы только при 26.7 градусах Цельсия. Если нужно провести измерения при другой температуре окружающей среды, то дополнительно придется воспользоваться таблицей плотности электролита от температуры, которую несложно найти в сети.

Выяснив зависимость плотности от выходного напряжения батареи, а значит, и от степени ее заряда, контролировать концентрацию электролита несложно. Достаточно замерить напряжение на клеммах отключенного аккумулятора любым вольтметром, затем измерить плотность и проверить их соответствие.

Проверка плотности рабочей жидкости

Для измерения плотности жидкостей существуют специальные приборы – ареометры или плотномеры. Есть такой и для автомобильных аккумуляторов. Выполнен он в виде большого шприца, внутри которого расположен поплавок со специально отградуированной шкалой.

Поплавок автоареометра комплектуется специальным «шприцем» для работы в узкогорлых секциях аккумуляторов.

Для того чтобы измерить плотность в аккумуляторе, со всех его секций сворачиваются пробки. Далее грушу ареометра сжимают, а его иглу погружают в секцию. Отпустив грушу, набирают в шприц электролит. При этом поплавок прибора всплывает. Плотность жидкости считывают со шкалы по тому уровню, до которого всплыл поплавок.

Поплавок всплыл до уровня 1.200. Плотность электролита – 1.2 г/см. куб.

После измерения грушу вновь сжимают, а после слива электролита обратно в батарею ареометр промывают проточной водой и сушат. Не следует забывать, что каждая секция – отдельная, независимая часть АКБ, поэтому плотность нужно измерить в каждой.

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.

Прежде чем принять решение о доливке кислоты, необходимо еще раз убедиться в том, что плотность действительно ниже положенной при текущем состоянии АКБ. Если решение принято, то понадобятся ареометр, перчатки, очки и корректирующий электролит плотностью 1.35 — 1.40 г/см. куб. (в продаже есть и такой).

Корректирующий электролит для доливки в автомобильный аккумулятор

В крайнем случае подойдет и стандартный 1.28 г/см. куб., но, возможно, придется отобрать лишнюю жидкость из секции в отдельную емкость, чтобы освободить место для более «крепкого».

Методика доливки та же, что и воды, но при этом плотность в банке постоянно контролируется тем же ареометром.

Категорически запрещается поднимать концентрацию раствора доливкой чистой серной кислоты. Во-первых, это очень опасно, во-вторых, даже нескольких грамм концентрированной кислоты достаточно, чтобы кардинально изменить плотность раствора в секции, а значит, выставить нужную плотность пол-литровым ареометром исключительно сложно.

Как выровнять плотность в банках аккумулятора

Редко кому из водителей не приходилось сталкиваться с такой проблемой, поэтому многим будет полезно узнать, как выровнять плотность электролита в банках аккумулятора. Есть и такие владельцы, которые вообще не знают, что аккумулятор также нуждается в периодическом обслуживании.

Кроме того, что его нужно периодически подзаряжать от внешнего источника тока, следует также проверять уровень и плотность электролита в его банках. Только внимательное отношение к аккумуляторной батарее обеспечит её длительный срок службы.

Как выровнять плотность электролита в банках аккумулятора мы постараемся донести всем желающим вполне доступным языком, чтобы даже далёкий от «техники» владелец смог самостоятельно выполнить такую операцию. Для этого не требуется каких-то особых требований или условий, она легко выполняется в условиях гаража. Далее поговорим о том, почему появляется необходимость корректировки плотности, как правильно её выполнить.

Несколько слов об устройстве аккумулятора

Прошло много лет с момента появления первых аккумуляторных батарей. Несмотря на то что постоянно происходило её усовершенствование, сконструированы принципиально новые виды аккумуляторов, по прежнему самым массовым прибором до сих пор является «старушка» свинцово-кислотная АКБ. Наверное, уже из названия стало понятно, что в её основе использован свинец для изготовления пластин, и серная кислота для электролита, чтобы пропитать эти пластины.

АКБ состоит из пластмассового корпуса, в котором размещают шесть отдельных аккумуляторных банок. Каждая такая секция способна выдать напряжение 2,1 вольт, при соединении их в последовательную цепочку, получим на выходе 12,6 вольт. В каждой такой баночке установлен своеобразный пакет из отрицательных и положительных пластин. Между ними обязательно должен быть небольшой промежуток для свободного доступа к ним раствора электролита.

Его изготавливают на основе концентрированной серной кислоты добавлением в неё дистиллированной воды. Нельзя использовать любую другую воду, только чистую в химическом отношении. Смешивая кислоту и воду, получают раствор электролита, плотность которого должна быть 1,27 г/см3. Работа батареи состоит из циклов разряда, а затем подзарядки от работающего автомобильного генератора.

Причины снижения плотности

Для этого имеется много поводов, рассмотрим некоторые из них. С приходом холодов для батареи наступает период её более интенсивной эксплуатации. Становится более продолжительным запуск двигателя, движение с включенным светом приводят к тому, что работы генератора уже недостаточно для восстановления её ёмкости.

Но ещё более «коварная» причина кроется в токах саморазряда батареи. Не путайте их с токами потребления часами или автомагнитолой в дежурном режиме, они несравненно малы в сравнении с саморазрядом. В процессе подзарядки от автомобильного генератора происходит газовыделение из банок паров электролита. В процессе этого неизбежно происходит конденсат этих паров и выпадение осадков, в том числе на корпус АКБ. В результате этого появляются токопроводящие дорожки от «минуса» батареи к её «плюсу» приводящие к саморазряду АКБ.

Как правильно корректировать плотность?

Для проведения такой операции необходимо иметь следующие приборы и материалы:

  • Зарядное устройство для АКБ;
  • Корректирующий электролит, его плотность должна быть от 1,33 до 1,4 г/см3;
  • Дистиллированная вода;
  • Термометр для измерения его температуры;
  • Денсиметр, прибор для определения плотности;
  • Стеклянная трубка для отбора жидкости из банок.

Проводить корректировку нужно проводить после того, когда после зарядки стационарным устройством, плотность электролита ниже показателя 1,27 г/см3. Для проведения этой операции аккумулятор нужно снять с машины, а работу выполнять на улице или в помещении с вентиляцией. В первую очередь осматривают и очищают поверхность батареи, особенно в тех местах, где установлены пробки в её банках.

Далее нужно вывернуть все пробки из банок и денсиметром измерить плотность в каждой из них. Она может быть повышенной или заниженной, что одинаково плохо для батареи, и её срока службы. После этого при помощи стеклянной трубочки отбирают в отдельную посуду некоторое количество жидкости из банок. Если денсиметр показал значение выше рекомендуемого, то нужно добавить такой же объём воды, а если оно ниже, то добавляется корректирующий электролит.

Теперь нужно поставить АКБ минут на 30 на зарядку при номинальном токе, а затем дать пару часов ей отстояться. В это время происходит полное смешивание жидкостей в банках и они станут однородными. Снова нужно проверить плотность и уровень электролита в банках и если потребуется, то снова провести коррекцию.

Как видно из описания, операция достаточно простая и выполнить её могут все владельцы машин. Надеемся, что всем прочитавшим до конца эту статью, стало понятным, как выровнять плотность электролита в банках аккумулятора. Для того чтобы такую операцию проводить, как можно реже, чаще обращайте внимание на состояние АКБ вашего автомобиля.

В продолжение предыдущей записи про доливку дистиллированной водички в аккум, после двух лет эксплуатации без обслуживания.
После доливки до MAX дистиллированной водички в каждую банку (влезло 0,5 л на все 6 банок) и зарядки автоматическим зарядным устройством, током от 2 А до 0,5 А в течении 20 часов, по истечении суток эксплуатации замерил плотность электролита в банках.
Оказалось, что в средних четырех банках плотность одинаковая — 1,27, а в двух крайних банках (слева и справа) она чувствительно меньше — 1,23; 1,24.

Погуглив, почитав различные статьи по предмету выяснил, что как бы это не конец, но позаботиться о продлении жизни аккуму неплохо бы 🙂
Если зарядка не помогла выровнять плотность электролита, необходимо выровнять при помощи концентрированного электролита плотностью 1,4.
Ринулся по магазинам торгующими аккумуляторами и автомагазинам по пути следования.
К моему удивлению, концентрированного электролита нигде не было в наличии.
В одном из магзиков консультант поделился, что плотность 1,4 запрещена и не выпускается уже давненько, а стандартный корректирующий электролит плотностью 1,33, не привозили уже месяца три, в связи с какими-то предстоящими изменениями в законодательстве и скорее всего корректирующий будет еще меньшей плотности.
Правда или нет, но за что купил, за то и продаю 🙂
Доехал до авторынка, где есть множество мелких магазинчиков-палаток и в одном из них без проблем нашлась литрушка корректирующего электролита 1,33, всего за 70 руб 🙂

Итак, чего и сколько отливать/доливать…
Статьи в инете в основном старинные, т.к. аккумулятор давно уже перешел в разряд расходников и обслуживать его стремятся немногие.
За основу для расчетов взята статья с сайта — Автоэлектроника: Простенько и со вкусом
Суть корректировки плотности электролита в банке аккумулятора заключается в следующем:
а) из банки забирается некоторый объём электролита;
б) вместо него в банку добавляется тот-же объём либо дистиллированной воды (плотность 1,00) — для понижения плотности электролита в банке, либо корректирующего электролита (обычно плотностью 1,40) — для повышения плотности;
Равенство объёмов забираемой и добавляемой жидкостей используется только для упрощения всей процедуры и более простого логического осмысления её результатов.
По мере приобретения опыта, указанное равенство может нарушаться.
в) батарея включается на 30 минут на заряд номинальным током для лучшего перемешивания электролита в результате газовыделения;
г) батарея отключается от зарядного устройства и выдерживается 0,5÷2 часа для выравнивания плотности электролита в объёме банок;
д) измеряется плотность электролита в каждой банке и его уровень, оба параметра приводятся в норму.
Т.е. при необходимости, все операции а) и д) повторяются
Ниже приведена формула, при использовании которой можно применять корректирующий электролит с плотностью отличной от 1,40

где:
— объём удаляемого из банки электролита, см3,
— объём электролита в одной банке, см3,
ρн — начальная плотность электролита до корректировки, г/см3,
ρк — конечная плотность, которую надо получить, г/см3,
ρд — плотность доливаемой жидкости, (вода — 1,00 г/см3 или корректирующий электролит — * г/см3)
Следует учесть, что при использовании данной формулы объёмы удаляемого и добавляемого электролитов равны.

Итак, теперь главный вопрос, какой объем электролита в нашем ISTA CALCIUM 12V 70A/h?
На него ответа так и не нашел, но решено по аналогии с размерами наших русских аккумов, взять за исходник объем в 6СТ-55 (60) — 3,8 л. По итогу вышло, что вероятно в нашем аккуме примерно 3,5 л.
По расчетам при плотности начальной 1,24, необходимо заместить на корректирующий электролит 1,33, примерно 211 см3.
Чтобы сильно не ошибиться, для начала из каждой крайней банки изъято четыре раза по 40 единиц объема указанного на колбе ареометра, итого 160 из каждой 🙂
Соответственно столько же и залито электролита 1,33

После перемешивания, перебулькивания 🙂 плотность как раз оказалась 1,27
Оставляю заряжаться на 10 ч током от 2 до 0,5 А (автоматическое зарядное) и утром плотность оказывается практически 1,32 в каждой банке.
Многовато, но это только сразу после отключения зарядки.
Через пару дней проверяю, в каждой банке ровно 1,30, во всех шести.
Повторяю процедуру с замещением небольших объемов в кажой банке на дистиллированную воду.
В этот раз из каждой банки забрал по 60 см3, взамен заливаю дистиллировку.
Полчаса подзарядил, покатался денек и на проверку.
Ну вот теперь около дела, во всех банках плотность электролита одинакова — 1,26
для стремительно надвигающегося лета в самый раз 🙂

Если все эти манипуляции помогут продлить жизнь аккуму еще года на три, то в принципе не напрягает.
Да и когда знаешь, что мерять и доливать, то совсем все просто.
Следующая проверка состояния в октябре/ноябре 🙂

PS: прошло более полутора лет с момента данной операции с корректирующим электролитом и уже после этого читал много мнений, что нельзя так корректировать плотность, правильный вариант только полной зарядкой аккума стационарным зарядником, что в итоге после полной зарядки получится перекос по плотности в банках… НО, буквально на днях заморочился полной зарядкой аккума в несколько этапов и в итоге в этих крайних банках плотность по окончанию заряда как и в остальных — 1,27 все норм.
В этот раз подвела только одна банка в середине, во всех 1,27, а в одной 1,25 после полной зарядки.
КТЦ для аккума проведены, полный заряд произведен, думаю терять нечего, с одной средней банкой повторю экзекуцию с корректирующим электролитом

Плотность электролита в аккумуляторе очень важный параметр у всех кислотных АКБ, и каждый автовладелец должен знать: какая плотность должна быть, как её проверить, а самое главное, как правильно поднять плотность аккумулятора (удельный вес кислоты) в каждой из банок со свинцовыми пластинами заполненных раствором h3SO4.

Проверка плотности – это один из пунктов процесса обслуживания аккумуляторной батареи, включающий так же проверку уровня электролита и замер напряжения АКБ. В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3. Она пропорциональна концентрации раствора, а обратно зависима, относительно температуры жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность).

По плотности электролита можно определить состояние батареи. Так что если батарея не держит заряд, то следует проверить состояние её жидкости в каждой его банке.

Плотность электролита влияет на емкость аккумулятора, и срок его службы.

Проверяется денсиметром (ареометр) при температуре +25°С. В случае, если температура отличается от требуемой, в показания вносятся поправки, как показано в таблице.

Итак, немного разобрались, что это такое, и что нужно регулярно делать проверку. А на какие цифры ориентироваться, сколько хорошо, а сколько плохо, какой должна быть плотность электролита аккумулятора?

Какая плотность должна быть в аккумуляторе

Выдерживать оптимальный показатель плотности электролита очень важно для аккумулятора и стоит знать, что необходимые значения зависят от климатической зоны. Поэтому плотность аккумулятора должна быть установлена исходя из совокупности требований и условий эксплуатации. К примеру, при умеренном климате плотность электролита 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, а в жаркой субтропической — на 0,01 г/см3 меньше. В тех регионах, где зима особо сурова (до -50 °С), дабы аккумулятор не замерз, приходится повышать плотность от 1,27 до 1,29 г/см3.

Много автовладельцев задаются вопросом: «Какой должна быть плотность электролита в аккумуляторе зимой, а какой летом, или же нет разницы, и круглый год показатели нужно держать на одном уровне?» Поэтому, разберемся с вопросом более подробно, а поможет это сделать, таблица плотности электролита в аккумуляторе с разделением на климатические зоны.

Также нужно помнить, 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. Так что, требуемое значение, выбирается чуть-чуть повыше, от того, которое указано в таблице плотности, дабы при снижении температуры воздуха до максимального уровня, АКБ гарантированно оставался работоспособным и не замерз в зимний период. Но, касаясь летнего сезона, повышенная плотность может и грозить закипанием.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

Таблица плотности составляется относительно среднемесячной температуры в январе-месяце, так что климатические зоны с холодным воздухом до -30 °C и умеренные с температурой не ниже -15 не требуют понижения или повышения концентрации кислоты. Круглый год (зимой и летом) плотность электролита в аккумуляторе не стоит изменять, а лишь проверять и следить, чтобы она не отклонялась от номинального значения, а вот в очень холодных зонах, где столбик термометра часто на отметке ниже -30 градусов (в плоть до -50), корректировка допускается.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

Плотность электролита в аккумуляторе зимой должна составлять 1,27 (для регионов с зимней температурой ниже -35 не менее 1.28 г/см3). Если будет значение ниже, то это приводит к снижению электродвижущей силы и трудного запуска двигателя в морозы, вплоть до замерзания электролита.

Когда в зимнее время плотность в аккумуляторной батареи понижена, то не стоит сразу бежать за корректирующим раствором дабы её поднять, гораздо лучше позаботится о другом – качественном заряде АКБ при помощи зарядного устройства.

Получасовые поездки от дому к работе и обратно не позволяют электролиту прогрется, 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.

Для новой и исправной АКБ нормальный интервал изменения плотности электролита (полный разряд – полный заряд) составляет 0,15-0,16 г/см3.

Помните, что эксплуатация разряженного аккумулятора при минусовой температуре приводит к замерзанию электролита и разрушению свинцовых пластин!

По таблице зависимости температуры замерзания электролита от его плотности, можно узнать минусовой порог столбика термометра, при котором образовывается лед в вашем аккумуляторе.

Как видите, при заряженности на 100% аккумуляторная батарея замерзнет при -70 °С. При 40% заряде замерзает уже при -25 °С. 10% не только не дадут возможности запустить двигатель в морозный день, но и напрочь замерзнет в 10 градусный мороз.

Когда плотность электролита не известна, то степень разряженности батареи проверяют нагрузочной вилкой. Разность напряжения в элементах одной батареи не должна превышать 0,2В.

Показания вольтметра нагрузочной вилки, B

Степень разряженности батареи, %

Если АКБ разрядилась более чем на 50% зимой и более чем на 25% летом, её необходимо подзарядить.

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Летом аккумулятор страдает от обезвоживания, поэтому учитывая то, что повышенная плотность плохо влияет на свинцовые пластины, лучше если она будет на 0,02 г/см3 ниже требуемого значения (особенно касается южных регионов).

В летнее время температура под капотом, где зачастую находится аккумулятор, значительно повышена. Такие условия способствуют испарению воды из кислоты и активности протекания электрохимических процессов в АКБ, обеспечивая высокую токоотдачу даже при минимально допустимом значении плотности электролита (1,22 г/см3 для теплой влажной климатической зоны). Так что, когда уровень электролита постепенно падает, то повышается его плотность, что ускоряет процессы коррозионного разрушения электродов. Именно поэтому так важно контролировать уровень жидкости в аккумуляторной батарее и при его понижении добавить дистиллированной воды, а если этого не сделать, то грозит перезаряд и сульфация.

Если аккумулятор разрядился по невнимательности водителя или другим причинам, следует попробовать вернуть ему его рабочее состояние при помощи зарядного устройства. Но перед тем как заряжать АКБ, смотрят на уровень и по надобности доливают дистиллированную воду, которая могла испариться в процессе работы.

Через некоторое время плотность электролита в аккумуляторе, из-за постоянного разбавления его дистиллятом, снижается, и опускается ниже требуемого значения. Тогда эксплуатация батареи становится невозможной, так что возникает необходимость повысить плотность электролита в аккумуляторе. Но для того, чтобы узнать насколько повышать, нужно знать как проверять эту самую плотность.

Как проверить плотность аккумулятора

Дабы обеспечить правильную работу аккумуляторной батареи, плотность электролита следует проверять каждые 15-20 тыс. км пробега. Измерение плотности в аккумуляторе осуществляется при помощи такого прибора как денсиметр. Устройство этого прибора состоит из стеклянной трубки, внутри которой ареометр, а на концах — резиновый наконечник с одной стороны и груша с другой. Чтобы произвести проверку, нужно будет: открыть пробку банки аккумулятора, погрузить его в раствор, и грушей втянуть небольшое количество электролита. Плавающий ареометр со шкалой покажет всю необходимую информацию. Более детально как правильно проверить плотность аккумулятора рассмотрим чуть ниже, поскольку есть еще такой вид АКБ, как необслуживаемые, и в них процедура несколько отличается — вам не понадобится абсолютно никаких приборов.

Индикатор плотности на необслуживаемой АКБ

Плотность необслуживаемого аккумулятора отображается цветовым индикатором в специальном окошке. Зеленый индикатор свидетельствует, что все в норме (степень заряженности в пределах 65 — 100%), если плотность упала и требуется подзарядка, то индикатор будет черный. Когда в окошке отображается белая или красная лампочка, то нужен срочный долив дистиллированной воды. Но, впрочем, точная информация о значении того или иного цвета в окошке, находится на наклейке аккумуляторной батареи.

Теперь продолжаем далее разбираться, как проверять плотность электролита обычного кислотного аккумулятора в домашних условия.

Проверка плотности электролита в аккумуляторе

Итак, чтобы можно было правильно проверить плотность электролита в аккумуляторной батарее, первым делом проверяем уровень и при необходимости его корректируем. Затем заряжаем аккум и только тогда приступаем к проверке, но не сразу, а после пары часов покоя, поскольку сразу после зарядки или долива воды будут недостоверные данные.

Следует помнить, что плотность напрямую зависит от температуры воздуха, поэтому сверяйтесь с таблицей поправок, рассматриваемой выше. Сделав забор жидкости из банки аккумулятора, держите прибор на уровне глаз – ареометр должен находиться в состоянии покоя, плавать в жидкости, не касаясь стенок. Замер производится в каждом отсеке, а все показатели записываются.

Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита.

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе или поднять его

Вовсе не редкостью являются ситуации, когда двигатель не хочет заводиться и возникают проблемы с пуском. Довольно часто причина кроется именно в разряженном аккумуляторе. Это становится следствием изменения свойств содержащегося внутри электролита. Её необходимо поднять.

Но прежде чем начинать мероприятия по изменению плотности, нужно понять причины, из-за которых такая ситуация возникла. Просто так качество раствора, состоящего из дистиллированной воды и серной кислоты, меняться не будет.

Определившись с причинами, удастся правильно провести ремонтно-восстановительные мероприятия, продлить срок службы АКБ и отложить покупку новой батареи. На практике повлиять на плотность вовсе не так сложно.

Причины снижения плотности

Есть несколько факторов, влияющих на показатели плотности у электролита в аккумуляторах.

К ним можно отнести такие моменты:

  • Разряд АКБ. Одна из главных причин, почему падает плотность электролита в автомобильном аккумуляторе. Параллельно со снижением заряда падают и показатели плотности. Заряжая АКБ, плотность постепенно повышается. Когда происходит потеря большой части ёмкости, это указывает на изменение концентрации состава в сторону уменьшения.
  • Эксплуатация. Со временем батарея изнашивается естественным путём, то есть длительная эксплуатация также влияет на кислоту.
  • Хранение. Особенно опасным и вредным считается продолжительное хранение в условиях пониженной температуры.
  • Выкипание. Электролит может выкипать при перезаряде. Это может произойти под влиянием зарядного устройства либо из-за неисправного генератора.
  • Злоупотребление водой. Чтобы поддерживать уровень электролита, водители часто добавляют воду. Но забывают воспользоваться прибором для проверки плотности. Помимо воды, могут происходить и потери кислоты. Тем самым, добавляя воду, меняется плотность.

Если будет установлена точная причина, из-за которой плотность электролита в вашем аккумуляторе падает, вы сможете без особых сложностей её устранить. Но важно понимать, что не всегда ресурс АКБ зависит от плотности. Случается и так, что без замены батареи никак не обойтись.

В чём опасность высокой и низкой плотности

Не всем автомобилистам известно, на что именно влияет плотность содержащегося в аккумуляторе раствора электролита, а как её изменение может повлиять на АКБ.

В действительности как низкая, так и высокая плотность, наблюдаемая у электролита, может поставить крест на аккумуляторе и привести к необходимости его замены.

Когда концентрация выше допустимой нормы, батарея раньше своего времени выходит из строя. Кислота постепенно начинает разрушать пластины.

В низкой концентрации тоже нет ничего хорошего. При этом протекают такие процессы:

  • Сульфатация. Это процесс образования на пластинах из свинца белого твёрдого налёта. Из-за него АКБ попросту не может принимать заряд.
  • Увеличивается порог замерзания. Если кислоты в составе мало, раствор может начать кристаллизоваться даже при -5 градусах Цельсия. Ледяная корка деформирует внутренние компоненты, может произойти короткое замыкание на пластинах.
  • Нарушится пуск двигателя. Это будет проявляться в основном в зимний период.

Как видите, последствия изменения плотности разные, но все они ни к чему хорошему для автовладельца не ведут.

Правильные показатели плотности

Теперь закономерно спросить, какая же плотность тогда должна быть в аккумуляторе автомобиля.

Обычно не предусматривается существенное изменение плотности у электролита в аккумуляторах зимой и летом, ориентируясь только на период холодов.

Существуют специальные таблицы с параметрами плотности электролита в аккумуляторах, в зависимости от климатической зоны. То есть температура окружающей среды непосредственно связана с тем, какая концентрация смеси из кислоты и воды должна быть в АКБ.

Если говорить об эксплуатации аккумулятора под капотом автомобиля зимой, то плотность и его норма должны соответствовать таким значениям:

  • При эксплуатации АКБ зимой, при отрицательной температуре, плотность заливаемого электролита должна составлять 1,27 г/см3.
  • Если это крайний север с температурой от -30 до -50 градусов, при заливке должно быть 1,27, а при полном заряде АКБ 1,29.
  • Для северного региона с температурой от -15 до -30 это 1,26 и 1,28 г/см3 для заливаемого электролита и при полностью заряженной батарее соответственно.
  • Когда температура находится в пределах от -4 до -15 градусов, тогда таблица по плотности электролита в автомобильном аккумуляторе подсказывает о поддержании значений на уровне 1,24-1,26.
  • Если это южный регион, когда температура редко падает ниже -10 градусов, хватит и 1,22-1,24 г/см3.
  • В тропических регионах с положительной температурой даже зимой используют электролиты с плотностью 1,2-1,22 г/см3.

Да, плотность электролита, используемого в аккумуляторе зимой или летом, напрямую зависит от погодных условий.

Несколько корректировать плотность у электролита в автомобильном аккумуляторе летом нужно, если наблюдается сильная жара. Концентрация несколько снижается.

Главным условием поддержания работоспособности АКБ является не плотность электролита, а уровень заряда батареи.

Поэтому старайтесь всегда следить за степенью заряда, параллельно используя ареометр для проверки плотности.

Как проверить плотность

Далее следует рассказать о том, как можно проверить плотность в аккумуляторе и что для этого потребуется использовать.

Проверять плотность можно только в обслуживаемых и малообслуживаемых АКБ, где есть доступ к содержимому батареи.

Ведь закрытые виды батарей, которые считаются необслуживаемыми, не оснащены крышками банок. То есть их не получится открутить и специальным прибором оценить состояние рабочей жидкости.

Если вы не знаете, как проверять параметры плотности электролита в аккумуляторах, ознакомьтесь со следующей инструкцией.

Для работы вам потребуется определённый набор. Состоит он из:

  • защитных перчаток;
  • закрытой одежды;
  • очков;
  • денсиметра.

Именно денсиметр позволяет измерить плотность содержащегося в аккумуляторе электролита.

Этот прибор для измерения плотности представляет собой стеклянную трубочку с грушей, а также встроенный ареометр. Фактически именно ареометр способен показать, какая концентрация электролита в вашем аккумуляторе.

Далее остаётся выполнить лишь несколько пошаговых действий.

Предлагаем инструкцию о том, как правильно проверить плотность у обслуживаемого автомобильного аккумулятора:

  • Аккумулятор отключается от проводов, снимаются клеммы, устройство извлекается с посадочного места. Защитный кожух следует снять и открутить пробки подручным инструментом.
  • Далее проверяется уровень раствора. Обычно он должен быть на 10-15 мм. выше уровня пластин.
  • Если АКБ не заряжена, её следует подключить к зарядному устройству. По завершению зарядки нужно подождать около 5-7 часов.
  • Если уровень жидкости нормальный, внутрь одной из банок погружается прибор, грушей выкачивается немного раствора.
  • Ареометр должен оказаться погружённым в смесь, не касаться стенок колбы.
  • Считываются данные на ареометре и записываются.
  • Те же самые процедуры проводятся на остальных банках.
  • Выполняется сравнение полученной информации с показателями нормы.

Проводить такие работы следует только при положительной температуре. Оптимально добиться диапазона 20-25 градусов Цельсия.

У необслуживаемых АКБ предусмотрен цветовой индикатор, позволяющий понять текущую плотность и состояние батареи.

В основном этот индикатор отражает степень заряда. Зелёный означает полный заряд, белый — около 50%, а чёрный — полную потерю заряда.

Особенности повышения плотности

Приняв во внимание все нюансы, стоит рассказать о том, как поднять плотность при изменении концентрации электролита в аккумуляторе.

Сделать это можно самостоятельно. Ведь чтобы поднять сниженную плотность у электролита, никаких отверстий в аккумуляторе обслуживаемого типа делать не придётся.

Нормой измерения при комнатной температуре считается 1,25-1,29 г/см3. Если показатели ниже, нужно поднимать плотность. Снижение параметров только в одной банке указывает на короткое замыкание.

Есть несколько рекомендаций для того, чтобы повысить плотность упавшего электролита в самом аккумуляторе. Для начала нужно сделать следующее:

  • Полностью зарядить АКБ, поскольку проверять плотность при разряде проводить нельзя. Добавив электролит, концентрация резко увеличится и начнётся разрушение пластин.
  • Привести температуру жидкости в норму. Работать следует в диапазоне 20-25 градусов Цельсия.
  • Убедиться, что уровень в каждой банке соответствует норме.
  • Осмотреть АКБ на предмет повреждений и дефектов.

Далее проводится непосредственно сама корректировка параметров плотности с помощью электролита, чтобы в аккумуляторе восстановить рабочие характеристики.

Если уровень слишком низкий и упал ниже 1,18 г/см3, восстановлению такая АКБ уже не подлежит.

Если плотность выше этого порога, её требуется увеличить. Для этого нужно:

  • разрядить АКБ, подключив её к какому-нибудь потребителю вроде лампочки;
  • подготовить корректирующий электролит, продаваемый в магазинах;
  • с помощью груши откачать небольшое количество смеси из каждой банки;
  • добавить не более 50% от откаченного объёма новый электролит;
  • поставить батарею на зарядку минут на 30, чтобы выровнять концентрацию во всех банках;
  • дать постоять АКБ на ЗУ при минимальном зарядном токе;
  • отключить батарею.

Примерно через 2-3 часа делается повторная проверка. Если концентрация ещё недостаточная, процедура повторяется.

Повышение с помощью ЗУ

Отдельного внимания заслуживает вопрос о том, как поднять упавшую плотность в своём аккумуляторе, воспользовавшись зарядным устройством.

Суть заключается в том, чтобы восстановить постепенно плотность залитого электролита путём подачи минимального тока. В необслуживаемом автомобильном аккумуляторе доступа к банкам нет. Тут единственным решением будет поставить АКБ на ЗУ и подождать 1-3 суток.

Это позволит постепенно испаряться лишней влаге, и тем самым плотность кислотно-водного раствора будет увеличиваться.

Процедура восстановления электролита не самая сложная, но при её выполнении важно соблюдать ряд рекомендаций.

Заметное влияние плотности на динамику неводных электролитов

Abstract

Подвижность и сольватация ионов лития в электролитах имеют решающее значение для работы и безопасности ионно-литиевых батарей. Известно, что один и тот же растворитель не может одновременно удовлетворять требованиям подвижности и сольватации электролитов. Поэтому для оптимизации обоих свойств использовались сложные смеси растворителей. Здесь мы представляем влияние плотности на динамику и сольватацию органических жидких электролитов с помощью обширного моделирования молекулярной динамики.Наше исследование показывает, что небольшое изменение плотности может оказывать значительное влияние на подвижность электролитов, но не влияет на структуру сольватации иона лития. Оказывается, регулирование плотности электролитов может обеспечить более эффективный способ повышения подвижности, чем регулирование соотношения электролитов в смеси растворителей. Наше исследование показывает, что изменение плотности электролитов в большей степени влияет на время пребывания растворителей в первой сольватной оболочке иона лития, чем на изменение структуры сольватной оболочки.Наконец, наши результаты предлагают интригующий момент для понимания и разработки электролитов литий-ионных аккумуляторов для повышения производительности и безопасности.

Поскольку в последние годы технологии и рынки портативных электронных устройств и электромобилей быстро растут, перезаряжаемые батареи, такие как ионно-литиевые батареи, стали одной из самых активных областей исследований и промышленных рынков 1 ,2 ,3 ,4 ,5 . Среди компонентов батареи электролиты играют центральную роль в производительности и безопасности ионно-литиевых батарей ,10 .Они позволяют ионам лития проводить между катодом и анодом аккумуляторов и способствуют образованию межфазного слоя твердого электролита (SEI), который является ключевым элементом для защиты электродов от деградации ,10 ,11 ,12 .

Ионная проводимость λ является одним из основных свойств, характеризующих электролиты, которое количественно определяет подвижность ионов для электрохимических реакций 13 .Факторами, определяющими ионную проводимость, являются число ионов n ион , величина заряда Q ион , которые несут ионы, и подвижность ионов μ ион , то есть

7 1 . Таким образом, для заданных ионов стратегия увеличения ионной проводимости по существу включает улучшение как коэффициента диффузии, так и количества ионов, участвующих в переносе зарядов

14 . В то время как большая диффузия ионов, очевидно, увеличивает ионную проводимость, образование пары катиона и аниона не способствует ионной проводимости из-за ее нейтральности по заряду.Фактически образование пар катионов и анионов тесно связано с уменьшением коэффициента диффузии из-за увеличения размера ионных кластеров в дополнение к уменьшению числа ионов, вносящих вклад в ионную проводимость. Поэтому образование пар в конечном итоге связано с уменьшением ионной проводимости. Чтобы катионы и анионы не образовывали пары и даже кластеры, необходим процесс сольватации катионов растворителями. Обычно ожидается, что растворители в электролитах должны одновременно повышать подвижность ионов и образовывать правильную сольватную оболочку катионов.

Молекула с большой диэлектрической проницаемостью может служить хорошим растворителем с точки зрения ионного спаривания, но легко не повысить подвижность ионов из-за ее большой вязкости. Напротив, молекула с малой диэлектрической проницаемостью имеет меньшую вязкость для повышения подвижности, но ее выполнение в процессе сольватации не выполняется. Таким образом, вместо одного типа растворителя современные электролиты, применяемые в современных литий-ионных батареях, состоят из нескольких типов растворителей, что снижает оба свойства: подвижность и ионное спаривание 1 ,5 ,15 .Например, этиленкарбонат (ЭК) имеет большую диэлектрическую проницаемость ( ε  ~ 90 при 40 °C), которая даже выше, чем у воды ( ε  ~ 79 при 25 °C). Однако его высокая вязкость ( η  ~ 1,9 сП при 40 °С), а также высокая температура плавления ( T m  ~ 36,4 °С) не позволяют выбрать его в качестве единственного растворителя. Диметилкарбонат (ДМК) имеет низкую вязкость ( η  ~ 0,59 сП при 20 °C), но небольшую диэлектрическую проницаемость ( ε  ~ 3.1 при 25 °С). Таким образом, комбинация циклических и линейных карбонатов, таких как EC и DMC, была предложена в качестве кандидата на роль эффективного электролита, удовлетворяющего двум важным свойствам 1 ,17 ,18 .

В этой работе мы исследуем влияние плотности на динамику электролита, состоящего из соли гексафторфосфата лития (LiPF 6 ) в бинарной смеси растворителей ЭК и ДМК с соотношением смеси ЭК:ДМК = 50% :50% (в объемных %).Обратите внимание, что для простоты мы будем обозначать соотношение растворителей и электролитов в смеси только как соотношение EC на протяжении всей этой работы. Для сравнения мы также исследуем динамику для случая EC 20%.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Наша отправная точка — две системы электролита с плотностью ρ = 1,3446 г / см 3 для EC 50% и ρ = 1,2677 г / см 3 для EC 20%, а затем мы исследуем динамику для EC 50% в зависимости от ρ . Эти начальные плотности соответствуют суммарным плотностям бинарных смесей ЭК и ДМК с 1 M LiPF 6 , когда две системы имеют одинаковый объем без учета эффекта смешивания ЭК и ДМК.Как правило, общая плотность смешанной системы не следует простое суммирование: ρ Всего ρ просто = ( ρ EC EC + ρ DMC V V DMC ) / ( v EC + V DMC DMC ), но эффект смешивания должен быть включен: ρ Всего = ρ Simple + ρ смешанный .Термин ρ смешанный создается взаимодействием между EC и DMC, и его трудно определить количественно. Если учесть смешение ЭК и ДМК, общая плотность будет отличаться от плотности без него 19 . Например, известно, что экспериментальная плотность объемного электролита для 50% EC с 1 M LiPF 6 в условиях окружающей среды составляет около ρ  = 1,30 г/см 3 20 ,21 Далее рассмотрим еще пять плотностей ρ  = 1,3219, 1,3028, 1,2852, 1,2709, 1,2568 г/см 3 для системы ЭК 50%, чтобы исследовать, как плотность может влиять на динамические свойства электролитов. Заметим, что это отличается от многих исследований влияния солей на динамику электролитов, поскольку в нашем исследовании исходная концентрация соли фиксирована, а объем системы изменен.

Динамика

Чтобы изучить влияние плотности ρ на подвижность электролитов, сначала рассмотрим константу диффузии D с использованием соотношения Эйнштейна, которое характеризуется среднеквадратичным смещением (СКО), определяемым как 22 ,23

, где d — размерность системы, представляющая среднее значение по ансамблю.В вычислим D каждого компонента электролита как функцию ρ для ЭК 50%. Для всех компонентов D очень чувствителен к ρ по сравнению с другими жидкими системами 22 . Когда ρ уменьшается на δ ρ = 0,0878 г / см 3 от ρ = 1,3446 г / см 3 до 1,2568 г / см 3 , D Ионного шоу LI + увеличивается в 5,140 и 2,672 раза при Тл  = 300 К и 400 К соответственно.Аналогичные возрастания D мы наблюдаем и для других компонентов: 4,554 и 2,715 для иона PF 6 , 4,007 и 2,661 для EC и 3,959 и 2,853 для DMC при T  4  0= 0 К соответственно. Это означает, что небольшое изменение плотности может оказать большое влияние на диффузионную способность электролитов. По мере увеличения T влияние ρ на D становится слабее.

Коэффициент диффузии электролита.

Показаны константы диффузии D каждого компонента электролита, ( a ) a Li + ион, ( b ) a PF 6 ион и 1 c 9025 EC ( d ) DMC, как функция плотности ρ при температурах T  = 300 K и 400 K для соотношения смеси растворителей EC 50%.Для сравнения также приводим константу диффузии D каждого компонента электролита при соотношении смеси растворителей EC 20% при плотности ρ  = 1,2677 г/см 3 . Результаты показывают, что D демонстрирует существенную зависимость ρ при фиксированном соотношении растворителей в смеси. Как для катиона, так и для аниона D для EC 20% показывает сравнимую величину с D при ρ  = 1,3219 г/см 3 для EC 50% при обеих температурах T  0= .

Интересно, что ρ имеет сильную чувствительность D . Например, для жидкого ацетонитрила экспериментальное исследование показало, что уменьшение ρ примерно на Δ ρ  = 0,1 г/см 3 желательно для увеличения D в два раза при T  98= К 24 . Для воды показано, что уменьшение ρ примерно на Δ ρ  = 0,2 г/см 3 желательно для увеличения D в два раза при T  = 300 900 K 2Для органических жидких электролитов наши результаты показывают пятикратное увеличение D , когда ρ уменьшается менее чем на 0,1 г/см 3 при T  = 300 K. относительно небольшая модификация ρ . Кроме того, D для EC 20% при ρ  = 1,2677 г/см 3 показывает сравнимую величину D для EC 50% при ρ  08 07 г/см 1,3219 Таким образом, наши результаты показывают, что для улучшения D корректировка ρ может быть лучшей стратегией, чем уменьшение доли ЕС.Последний, как известно, является традиционным методом, принятым для увеличения диффузионной способности (или уменьшения вязкости) электролитов. В наших результатах небольшое изменение ρ , такое как Δ ρ по сравнению с ρ  = 1,3446 г/см 3 до 1,3219 г/см 3 9002 a 900, показывает большее увеличение в 900 , чем изменение доли ЕС с 50% до 20%. Эта ситуация аналогична для других компонентов и более высокой температуры. Обратите внимание, что небольшое изменение плотности на самом деле требует большого изменения давления.В нашем случае давление колеблется от менее 1 МПа до нескольких сотен МПа в соответствии с ρ . Для жидкого ацетонитрила был экспериментально исследован тот же диапазон давлений, и скорость изменения в D в нашем случае намного больше, чем в жидком ацетонитриле 24 .

Чтобы увидеть, как ρ влияет на активационный барьер для диффузии, мы теперь исследуем температурную зависимость D для всех компонентов электролита для трех различных плотностей 19 , как показано на рис.В схеме Аррениуса D хорошо встроен в форму Аррениуса, D = D 0 EXP (- E A / K B T ) , где D 0 — предфактор, а k B — постоянная Больцмана. Мы находим, что абсолютная величина наклона подобранной линии уменьшается при уменьшении ρ . В вычислим энергию активации E a для диффузии из температурной зависимости Аррениуса D 21 ,25 .Наши результаты показывают, что E A A = 1,3446 г / см = 1,3446 г / см 3 значительно больше E A A на ρ = 1,2568 г / см 3 . Соотношение γ из E A A A AT ρ = 1,3446 г / см 3 до E A A AT ρ = 1,2568 г / см 3 дает около γ  = 1,34 для иона Li + , 1.33 для иона ПФ 6 , 1,34 для ЭК и 1,37 для ДМК соответственно. По-видимому, E a увеличивается с одинаковой скоростью для всех компонентов электролита по мере увеличения ρ . Наши результаты показывают, что уменьшение ρ приводит к значительному уменьшению E a для диффузии. Обратите внимание, что величины E a для всех компонентов показывают Li +  > PF 6  > EC > 9DMC, и это объясняет, почему Li 0709 ion является самым быстрым компонентом. самый медленный 13 .

Температурная зависимость констант диффузии.

На графике Аррениуса показаны константы диффузии D каждого компонента электролита, ( a ) a Li + ион, ( b ) a PF 6 −, ион ) EC и ( d ) DMC, для EC 50% при трех плотностях ρ  = 1,2568, 1,3028 и 1,3446 г/см 3 . Все данные хорошо укладываются в форму Аррениуса, . Результаты показывают, что наклон аппроксимации увеличивается по мере увеличения ρ .Сплошные линии — ориентиры для глаз. ( e ) Энергии активации E a для диффузии иона Li + , иона PF 6 , EC и DMC в зависимости от плотности 1 5 5 % EC 9005 , который рассчитывается по наклону графика Аррениуса. Ясно видно, что E a для всех компонентов электролита уменьшается по мере уменьшения ρ .

В описании самодиффузии Цванциг интерпретировал диффузию как пересечение энергетического барьера от одного локального минимума энергии к одному из других локальных минимумов энергии в энергетическом ландшафте по всему фазовому пространству 26 .Энергетический ландшафт системы создается заново в каждый момент обновленными координатами и импульсами систем. С точки зрения энергетического ландшафта уменьшение ρ может уменьшить энергетический барьер между локальными минимумами энергии, так что диффузия может быть усилена. По мере увеличения T влияние ρ будет уменьшаться, потому что тепловая энергия становится достаточно большой для преодоления барьера. Наши результаты хорошо согласуются с интерпретацией Цванцига о диффузии.

В дополнение к D , мы рассчитаем ионную проводимость λ , определенные как 13 , 17 , 27 , 28

, где Z — это заряд ионов в единице элементарный заряд e и представляет собой среднее значение по ансамблю. Суммирование ведется по всем ионам системы. Как показано на , λ для EC 50% существенно возрастает при уменьшении ρ . Когда ρ снижается до ρ  = 1.2568 г/см 3 от 1,3446 г/см 3 , λ увеличивается почти в пять раз, что равно D . В сочетании с результатами D интересно, что λ также проявляет сильную чувствительность к ρ . Мы также находим, что когда ρ становится 1,3028 г/см 3 , λ для EC 50% показывает ту же величину, что и для EC 20%. Из-за конкуренции между подвижностью и спариванием ионов известно, что оптимальная доля растворителя ЭЦ для получения максимума в λ находится между 20% и 30% 1 .Наши результаты показывают, что существует альтернативный способ увеличения λ без изменения соотношения растворителей и электролитов в смеси. А именно, корректировка ρ оказывает более существенное влияние на D и λ , чем изменение соотношения электролитов в смеси растворителей. Предположительно, быстрый рост D при уменьшении ρ приводит к неожиданной чувствительности λ на ρ .

Ионная проводимость.

На графике в зависимости от плотности ρ показана ионная проводимость λ при температуре T  = 300 K для соотношения растворителей в смеси EC 50%. Для сравнения также приводим λ для EC 20%. Подобно константе диффузии D, λ показывает существенную зависимость ρ. λ для EC 20% подобен λ при ρ  = 1,3219 г/см 3 для EC 50%.

Теперь остается вопрос, какие свойства могут быть связаны с чувствительностью D и λ на ρ .

Структура сольватации

Далее мы исследуем влияние плотности на структуру сольватации иона Li + . Мы рассчитываем (совокупный) координационный номер N ( R ), определенный как 11 , , 27 , 29 , 30 , 31 , 32 , 33

, где г ( r ) — функция радиального распределения (ФРР). В мы демонстрируем n ( r ) как функцию расстояния r от иона Li + для EC 50% и EC 20%.Как показано в , сольватная структура иона Li + сильно различается в зависимости от соотношения растворителей EC и DMC 8 ,29 ,30 ,34 . Здесь следует отметить, что графики n ( r ) для всех исследованных нами плотностей EC 50% практически перекрываются друг с другом, что свидетельствует о том, что на сольватную структуру иона Li + изменение не влияет. из ρ . В число сольватации N c в первой сольватной оболочке, определяемое как значение n ( r ) на первом плато в , остается постоянным при изменении ρ .Количество каждого компонента в первой сольватной оболочке также одинаково для всех исследованных нами плотностей. Небольшое изменение ρ не вызывает реорганизации сольватной структуры иона Li + для данного соотношения растворителей электролитов.

Структура сольватации иона Li + .

( a ) Суммарные координационные числа n ( r ) PF 6 ионов, EC и DMC в зависимости от расстояния r r a r температуры при 00 9

при 00 9 ионов Li T  = 300 K для соотношения смеси растворителей EC 50% при плотности ρ  = 1.3446 г/см 3 и EC 20% при плотности ρ  = 1,2677 г/см 3 . Сплошные и пунктирные линии обозначают случаи ЕС 50% и ЕС 20% соответственно. Обратите внимание, что мы рассчитываем n ( r ) из положений атома P для иона PF 6 и атома O карбонильного кислорода как для EC, так и для DMC. ( B ) Сольвационное число N C В первом сольватуре оболочка Li + ион как функция плотности ρ при температуре T = 300 К.Закрашенные и пустые символы обозначают случаи ЕС 50% и ЕС 20% соответственно. Далее мы представляем функции плотности вероятности P ( n ) иона Li + , которые представляют собой плотность вероятности для иона Li + иметь n соседей в первой сольватной оболочке для каждого соседа. из ( c ) общее количество, ( d ) a PF 6 ион, ( e ) EC и ( f ) DMC.

Далее мы исследуем функцию плотности вероятности P ( n ) для иона Li + иметь n соседей в первой сольватной оболочке.Он описывает, сколько ионов Li + имеют n соседей в сольватной оболочке. Поскольку n ( r ) и N c являются величинами, усредненными по общему числу ионов Li + , подробное описание распределения состава в сольватной оболочке полезно для лучшего понимания структура сольватации. В мы демонстрируем P ( n ) для соседей общего числа, PF 6 иона, EC и DMC соответственно.Следует отметить, что P  ( n ) показывает одинаковое распределение для всех плотностей ЕС 50%, тогда как оно показывает большую разницу в отношении изменения доли ЕС. Как для EC 50%, так и для EC 20% большинство ионов Li + имеют всего 6 соседей в сольватной оболочке. В то время как один или два аниона находятся в первой сольватной оболочке при ЭК 20 %, при ЭК 50 % ионы Li + без анионов в оболочке становятся преобладающими. Процент ионов Li + является наибольшим при наличии одного или двух ЭК для ЭК 20% и четырех или пяти ЭК для ЭК 50%.Для ДМК P  ( n ) показывает максимум при двух ДМК для ЕС 20%, тогда как заселенность ионов Li + с одним ДМК составляет большинство для ЕС 50%. Наши результаты показывают, что структура сольватации иона Li + тесно зависит от соотношения растворителей в смеси, но не зависит от изменения ρ . Таким образом, существенное увеличение D и λ при уменьшении ρ не сопровождается изменением структуры сольватации.Это означает, что можно увеличить подвижность электролитов, подобрав ρ , не нарушая сольватной структуры иона Li + .

Динамика сольватации

Изучим теперь динамические свойства в первой сольватной оболочке иона Li + . Распределение времени пребывания (RTD) R ( t ) описывает долговечность первой сольватной оболочки иона Li + . Мы определяем время пребывания как время выхода объекта из первой сольватной оболочки иона Li + в первый раз.Отметим, что по результатам n ( r ) в , мы используем определение первой сольватной оболочки иона Li + как окружность с центром в ионе Li + с радиусом 3,0 нм для карбонильный кислород EC и DMC. В представлены РДТ ЭК и ДМК при Тл  = 300 К для различных плотностей ЭК 50%. На нем отчетливо видно, что RTD затухает быстрее при уменьшении ρ для обоих растворителей. Это означает, что растворители в первой сольватной оболочке легче замещаются другими для более низких ρ .Поскольку структура сольватации не зависит от небольшого изменения ρ , мы предполагаем, что растворитель того же типа заменит ранее существовавший. RTD для EC 50% при плотности ниже ρ  = 1,3446 г/см 3 затухает быстрее, чем RTD для EC 20% как для EC, так и для DMC, предполагая, что прочность сольватной оболочки становится слабее при низких ρ в ЕС 50%, чем ЕС 20%.

Время пребывания в сольватной оболочке Li + .

Распределения времени пребывания R ( t ) ( a ) ЭК и ( b ) ДМК в первой сольватной оболочке иона Li + при температуре T .Сплошные линии обозначают случаи ЕС 50% для различных плотностей, а пунктирная линия представляет случай ЕС 20% при плотности ρ  = 1,2677 г/см 3 . Далее показаны характерные времена пребывания τ R ( c ) ЭК и ( d ) ДМК в зависимости от плотности ρ при температурах T  = 300 К и 40. Для сравнения. , мы также представляем τ R для EC 20%.

Поведение RTD можно понять по характерному времени пребывания τ R определил 35 как

При T  = 300 K, характерное время пребывания =  1052 ρ ρ3446 г/см 3 для ЭК 50% составляют около 44,7 пс и 38,4 пс для ЭК и ДМК соответственно и уменьшаются до 21,5 пс и 17,5 пс при уменьшении плотности до как показано в . При T  = 400 K τ R уменьшается с 15,0 пс и 13,2 пс до 9,7 пс и 8,2 пс для EC и DMC соответственно. Для обеих температур τ R демонстрирует существенную зависимость от ρ , указывая на то, что чувствительность D к ρ тесно связана с длительностью сольватной оболочки в дополнение к энергии активации E и для диффузии.

Поскольку РТД описывает быструю кинетику динамики сольватации 35 , теперь мы исследуем медленную кинетику длительности сольватной оболочки иона Li + . Чтобы охарактеризовать динамику сольватации в долговременной шкале, мы определяем функцию корреляции резидентства (RCF) C ( t ) 17 ,35 как

, где h ( t )9005 объект находится в первой сольватной оболочке иона Li + и h ( t ) равно нулю, в противном случае.В то время как RTD представляет собой время непрерывного пребывания, в течение которого растворитель в сольватной оболочке постоянно остается неповрежденным, RCF описывает время прерывистого пребывания с учетом того, что растворитель в сольватной оболочке остается неповрежденным только в моменты времени t , при условии, что он был неповрежденным. в момент времени t  = 0. В , мы приводим RCF EC и DMC при T  = 300 K для различных плотностей EC 50%. RCF показывает аналогичное поведение RTD в отношении ρ .Это просто показывает, что RCF затухает быстрее для более низких ρ .

Время корреляции пребывания в сольватной оболочке Li + .

Резидентные корреляционные функции C ( t ) ( a ) ЭК и ( b ) ДМК в первой сольватной оболочке иона Li + при температуре T Сплошные линии обозначают случаи ЕС 50% для различных плотностей, а линия с кружками представляет случай ЕС 20% при плотности ρ  = 1.2677 г/см 3 . Далее показаны характерные времена корреляции пребывания τ C ( c ) EC и ( d ) DMC в зависимости от плотности ρ при температурах T  =  = 400 K для EC 50%. Для сравнения также приводим τ C для EC 20%.

Теперь мы определяем время корреляции местонахождения τ C как время, необходимое для того, чтобы C ( t ) уменьшилось в e 35 раз.При T  = 300 K время корреляции пребывания EC колеблется от 3 нс до 10 нс, а для DMC оно колеблется в половине значения τ C EC. При T = 300 K, время корреляции резиденции ЕС уменьшается от τ C = 9,3 NS до 3,0 нс в виде плотности уменьшается от ρ = 1,3446 г / см 3 до 1,2568 г / см. 3 . При повышении температуры до T  = 400 K τ C становится меньше 1 ns во всем исследованном нами диапазоне плотностей.Для DMC поведение τ C по отношению к ρ одинаковы, что и для EC, даже хоть τ C DMC меньше τ C EC для обеих температур. Уменьшение ?Поскольку медленная кинетика динамики сольватации тесно связана с диффузионной динамикой 35 , это свидетельствует о том, что чувствительность D на ρ связана с прочностью сольватной оболочки.

Обсуждение

Повышение подвижности электролитов имеет решающее значение для производительности батареи. Традиционным способом увеличения подвижности при данной температуре является увеличение доли линейных карбонатов в бинарных растворителях электролитов 17 .Однако увеличение количества линейных растворителей ограничивается ионным связыванием солей, вызывающим снижение ионной проводимости. Поэтому представляет большой интерес найти оптимальное соотношение смесей растворителей, обеспечивающее максимальную ионную проводимость. В этом аспекте наши результаты показывают, что плотность электролитов может оказывать существенное влияние на динамику электролитов. Даже влияние плотности может иногда давать более впечатляющие результаты, чем соотношение смеси растворителей.

Наше исследование фундаментальных свойств объемных электролитов показывает, что органические жидкие электролиты, состоящие из ЭЦ и ДМК, обладают большей чувствительностью диффузионной динамики к плотности, чем другие жидкости 22 ,24 ,36 .Хотя небольшое изменение плотности существенно изменяет энергию активации диффузии, оно не вызывает реорганизации сольватной структуры иона Li + . Скорее, уменьшение плотности вызывает более быструю динамику сольватации как в краткосрочном, так и в долгосрочном масштабе. Это свидетельствует о том, что разрушение и восстановление сольватной оболочки иона Li + происходит быстро при уменьшении плотности. Уменьшение плотности, то есть увеличение молярного объема, дает больше возможностей для диффузии и больше шансов прервать сольватную оболочку растворителями, находящимися вне оболочки.Связывание растворителей с катионом обычно является одной из основных причин вязкости системы 37 ,38 ,39 . Таким образом, частая переформовка сольватной оболочки будет способствовать повышению диффузионной способности. Это объясняет чувствительность коэффициента диффузии к плотности.

Несмотря на то, что плотность может значительно повлиять на мобильность системы, мы хотели бы отметить, что это не приводит к непосредственному улучшению производительности батареи. Например, число переноса, доля общего тока, переносимого данным видом ионов, является одним из основных свойств, характеризующих эффективность электролитов 40 ,41 .В этом случае число переноса не увеличивается быстро при уменьшении плотности, так как константы диффузии как катионов, так и анионов увеличиваются с одинаковой скоростью. Наши результаты, однако, будут свидетельствовать о том, что плотность может играть роль в повышении мобильности. Наконец, наше фундаментальное исследование объемных электролитов предложит интригующую точку для понимания и разработки электролитов литий-ионных аккумуляторов.

Методы

Мы выполнили обширное моделирование молекулярной динамики (МД) неводных электролитов литий-ионных аккумуляторов, состоящих из раствора 1M соли LiPF 6 в бинарной смеси растворителей EC и DMC.Мы провели все симуляции, используя пакет моделирования MD, LAMMPS 42 . Мы внедрили силовое поле OPLS/AA для описания молекулярного взаимодействия растворителей. Мы рассчитали дальнодействующие взаимодействия, используя алгоритм частица-частица-частица-сетка (PPPM). Моделирование выполнено в ансамбле NVT , где N, V ​​ и T — число молекул, объем и температура соответственно. Линейный размер окна моделирования варьируется от L до  = 5.от 2672 нм до 5,3872 нм в зависимости от плотности. Во время моделирования мы поддерживали постоянную температуру с помощью термостата Ноуза-Гувера. Мы применили периодические граничные условия во всех трех направлениях окна моделирования. Мы использовали 1 фс в качестве временного шага моделирования.

Мы исследовали соотношение смеси растворителей EC:DMC = 50%:50% и 20%:80% (в об.%). Если две системы имеют одинаковый объем и не учитывается эффект смешивания двух систем, конечные плотности двух смесей растворителей на основе индивидуальных плотностей EC и DMC 1 ,5 составляют ρ  = 1.3446 г/см 3 и 1,2677 г/см 3 (включая соль LiPF 6 ) для ЕС 50% и ЕС 20% соответственно. Поскольку смешанная плотность бинарных растворителей, используемых в экспериментах, оказывается ниже приведенной выше плотности 21 , мы выбрали еще пять случаев более низких плотностей ρ  = 1,2568, 1,2709, 1,2852, 1,3028 и 1,3219 г/см 3 для EC 50%, чтобы исследовать, как плотность влияет на динамику системы, и сравнить результаты со смесью растворителей EC 20%.

Стабильная твердотельная литиевая батарея с длительным сроком службы

Чтобы преодолеть эту проблему, Ли и его команда разработали многослойную батарею, в которой между анодом и катодом помещены различные материалы с различной стабильностью. Эта многослойная многокомпонентная батарея предотвращает проникновение литиевых дендритов, не останавливая их полностью, а скорее контролируя и удерживая их.

Думайте о батарее как о бутерброде BLT. Сначала идет хлеб — металлический литий-анод, затем салат — графитовое покрытие.Далее слой помидоров — первый электролит — и слой бекона — второй электролит. Завершите его еще одним слоем помидоров и последним куском хлеба — катодом.

Первый электролит (химическое название Li 5,5 PS 4,5 Cl 1,5 или LPSCI) более стабилен с литием, но склонен к проникновению дендритов. Второй электролит (Li 10 Ge 1 P 2 S 12 или LGPS) менее стабилен с литием, но невосприимчив к дендритам.В этой конструкции дендриты могут расти через графит и первый электролит, но останавливаются, когда они достигают второго. Другими словами, дендриты прорастают через салат и помидоры, но останавливаются на беконе. Барьер из бекона предотвращает продавливание дендритов и короткое замыкание батареи.

«Наша стратегия включения нестабильности для стабилизации батареи кажется нелогичной, но так же, как анкер может направлять и контролировать винт, ввинчивающийся в стену, так и наша многослойная конструкция может направлять и контролировать рост дендритов», — сказал Лухан Йе, соавтор статьи и аспирант SEAS.

«Разница в том, что наш якорь быстро становится слишком тугим, чтобы дендрит мог просверлить его, поэтому рост дендритов останавливается», — добавил Ли.

Батарея также самовосстанавливается; его химический состав позволяет заполнять отверстия, созданные дендритами.

«Эта экспериментальная конструкция показывает, что литий-металлические твердотельные батареи могут конкурировать с коммерческими литий-ионными батареями, — сказал Ли. «А гибкость и универсальность нашей многослойной конструкции делает ее потенциально совместимой с процедурами массового производства в аккумуляторной промышленности.Масштабирование его до коммерческой батареи будет непростым, и еще есть некоторые практические проблемы, но мы верим, что они будут преодолены».

Исследование было поддержано Конкурентным фондом декана для перспективных стипендий Гарвардского университета и Фондом конкурентных исследований Гарвардской инициативы по науке о данных. Управление развития технологий Гарварда защитило портфель интеллектуальной собственности, относящейся к этому проекту, который продвигается в коммерческих целях при поддержке Гарвардского центра физических наук и инженерии и Гарвардского фонда решений по изменению климата.

Новая конструкция аккумуляторной батареи с электролитом

Исследователи преодолевают трудности в разработке магниево-кальциевых батарей с помощью нового принципа конструкции.

ДЛЯ НЕМЕДЛЕННОГО ВЫПУСКА 8 октября 2021 г.

КОНТАКТЫ:
Кэти Холланд
301 405 0379
[email protected]

Аккумуляторные электролиты с использованием хелатообразователей на основе аминов, сольватирующих двухвалентные катионы, продемонстрировали стабильное и хорошо обратимое покрытие/удаление металлического Mg с изображениями сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) зацикленного анода Mg, показанного слева, вместе с репрезентативной сольватной оболочкой катиона Mg2+ .Авторы и права: Нина Бородин, Сингюк Хоу, Сяо Цзи для UMD.

Энергия, содержащаяся в литий-ионных батареях, может изменить технологию поля боя будущего, создавая во всем мире спрос на ключевые материалы для литий-ионных батарей, такие как литий, кобальт и никель, что создает проблемы с поставками для будущего производства.

Исследователи из Университета Мэриленда (UMD) и Командования по развитию боевых возможностей армии США, известного как DEVCOM, Армейская исследовательская лаборатория, разработали революционный аккумуляторный электролит, который может открыть новые возможности для многообещающих альтернатив, таких как перезаряжаемые батареи из магниевого металла.Подробное исследование этой новой аккумуляторной технологии было опубликовано 8 октября в журнале Science .

«Магния значительно больше, чем лития, что должно удовлетворить потребности постоянно растущего рынка аккумуляторов», — сказал Олег Бородин, армейский химик-вычислитель. «Низкий окислительно-восстановительный потенциал и большая емкость металлического магниевого анода также потенциально могут обеспечить плотность энергии, сравнимую или даже большую, чем у литий-ионных батарей в сочетании с высоковольтными оксидными катодами.

Бородин также пояснил, что по сравнению с литием магний образует меньше дендритов, что эксперты называют основной причиной проблем с безопасностью литий-ионных аккумуляторов.

Несмотря на эти преимущества, батареи из магниевого металла по-прежнему сталкиваются со многими проблемами, которые мешают их развитию. Одна из основных проблем связана с сильной реакцией магния на обычные электролиты во время работы батареи — оба электрода должны быть совместимы с электролитом, чтобы батарея достигла достаточной плотности энергии.

Как материал анода, магний имеет тенденцию вызывать коррозию электролита и создавать толстое покрытие вокруг анода.

В то время как аналогичные покрытия в литий-ионных батареях обеспечивают диффузию ионов лития и защищают электролит от дальнейшего разложения, это покрытие вместо этого блокирует магниевое покрытие и препятствует протеканию необходимых электрохимических реакций.

Пытаясь решить эту проблему, исследовательская группа UMD под руководством Чуншэна Вана, профессора химического машиностроения и директора Центра исследований экстремальных аккумуляторов, разработала новую стратегию проектирования, включающую новый класс растворителей.

К их удивлению, конструкция электролита не только предотвратила процесс коррозии, но и значительно увеличила кинетику реакции как анода, так и катода, повысив общую производительность батареи.

«Предыдущие электролиты могли покрывать магний, но у них было много недостатков, — сказал Ван. «Это исследование решило эту проблему с помощью нового электролита, который позволил наносить покрытие из металлического магния, а также использовать катоды с более высоким напряжением. Это первый раз, когда магниевая батарея теоретически достигла такой же плотности энергии, как литий-ионная батарея.

Исследователи также обнаружили, что они могут применить тот же принцип проектирования к другим материалам, подпадающим под категорию двухвалентных металлов, а не только к магнию.

В своем эксперименте новая стратегия дизайна электролита позволила исследователям обойти часто встречающиеся проблемы как с перезаряжаемыми металлическими магниевыми, так и с кальциево-металлическими батареями.

«Испытание с кальцием показывает, что эта конструкция электролита может быть распространена на другие типы мультивалентных батарей с низким потенциалом и в целом расширяет выбор электродных материалов», — сказал Сингюк Хоу, аспирант UMD и соавтор исследования.«Люди особенно интересуются кальцием, потому что потенциал кальциевого анода даже ниже, чем у магниевого, а кальция в земной коре очень много».

Армейские исследователи в основном поддержали исследование с помощью расчетов теории функционала плотности (DFT), которые помогли команде понять, почему новый электролит привел к этим улучшениям, и направить поиск новых электролитов.

«Армия помогла нам точно понять механизм того, что произошло», — сказал Ван.«У нас есть знания об этом явлении, но предоставленные ими расчеты сыграли важную роль в демонстрации этой технологии и того, что мы должны сделать дальше, чтобы улучшить ее».

По словам Вана, команда планирует оптимизировать электролит, а затем преобразовать концепцию в крупногабаритный силовой элемент.

Бородин объяснил, что эта новая стратегия проектирования может означать настоящий прорыв для двухвалентных металлических батарей после двух десятилетий исследований, связанных с проблемами, связанными с недостаточной плотностью энергии, вызванной несовместимостью электрод-электролит.Это продвижение может изменить то, как армия в будущем снабжает энергией солдат на поле боя.

Перейдите по этой ссылке, чтобы подготовить исследование по науке.

О Инженерной школе им. А. Джеймса Кларка

Инженерная школа им. А. Джеймса Кларка Университета Мэриленда — ведущая программа, входящая в число 20 лучших в мире. Школа Кларка, расположенная всего в нескольких милях от Вашингтона, округ Колумбия, находится в центре созвездия высокотехнологичных компаний и федеральных лабораторий, предлагая студентам и преподавателям доступ к уникальным профессиональным возможностям.

Наш широкий спектр академических программ, включая единственную в мире аккредитованную программу бакалавриата по инженерной противопожарной защите, дополняется динамичной предпринимательской экосистемой, ранним практическим образовательным опытом и участием в национальных и международных конкурсах.

Школа Кларка занимается исследованиями в области аэрокосмической техники, биоинженерии, робототехники, нанотехнологий, устойчивости к стихийным бедствиям, энергетики и устойчивого развития, а также кибербезопасности. От универсального кода продукта до спутникового радио, SMS-сообщений и имплантируемой инсулиновой помпы — наши студенты, преподаватели и выпускники разрабатывают инновации, которые меняют жизни миллионов людей.Узнайте больше на www.eng.umd.edu.

QuantumScape только что решила проблему с батареей 40-летней давности?

Если электромобили когда-нибудь полностью вытеснят пожирателей бензина на дорогах мира, им понадобится аккумулятор совершенно нового типа. Несмотря на постоянное улучшение за последнее десятилетие плотности энергии и срока службы литий-ионных аккумуляторов, элементы в новых электромобилях по-прежнему отстают от двигателей внутреннего сгорания практически по всем показателям производительности.У большинства электромобилей запас хода составляет менее 300 миль, для перезарядки их аккумуляторных батарей требуется более часа, элементы теряют почти треть своей емкости в течение десятилетия, и они представляют серьезную угрозу безопасности из-за своих легковоспламеняющихся материалов.

Решение этих проблем известно уже несколько десятилетий: оно называется твердотельной батареей и основано на обманчиво простой идее. Вместо обычного жидкого электролита — материала, который переносит ионы лития между электродами — используется твердый электролит.Кроме того, отрицательная клемма батареи, называемая ее анодом, изготовлена ​​из чистого металлического лития. Эта комбинация повысит плотность его энергии до небес, обеспечит сверхбыструю зарядку и устранит риск возгорания аккумуляторов. Но за последние 40 лет никому не удавалось создать твердотельную батарею, которая соответствовала бы этому обещанию — до тех пор, пока ранее в этом году секретный стартап под названием QuantumScape не заявил, что решил проблему. Теперь у него есть данные, подтверждающие это.

Во вторник соучредитель и генеральный директор QuantumScape Джагдип Сингх впервые публично обнародовал результаты испытаний твердотельной батареи компании.Сингх говорит, что батарея решила все основные проблемы, которые преследовали твердотельные батареи в прошлом, такие как невероятно короткий срок службы и низкая скорость зарядки. Согласно данным QuantumScape, его элемент может заряжаться до 80 процентов емкости за 15 минут, он сохраняет более 80 процентов своей емкости после 800 циклов зарядки, он негорюч и имеет объемную плотность энергии более 1000 ватт-часов на аккумулятор. литров на уровне элемента, что почти в два раза превышает удельную энергию коммерческих литий-ионных элементов.

«Мы думаем, что мы первые, кто решил проблемы с твердотельными накопителями», — сказал Сингх WIRED перед объявлением. «Никакие другие твердотельные системы не приближаются к этому».

Аккумулятор QuantumScape размером и толщиной примерно с игральную карту. Его катод, или положительная клемма, изготовлен из оксида никеля, марганца и кобальта, или NMC, который сегодня широко используется в батареях для электромобилей. Его отрицательный электрод, или анод, сделан из чистого металлического лития, но правильнее будет сказать, что у него вообще нет анода, поскольку он изготовлен без него.Когда аккумулятор разряжается во время использования, весь литий переходит с анода на катод. Оставшаяся на анодной стороне вакансия — тоньше человеческого волоса — временно сжимается, как гармошка. Процесс меняется на противоположный, когда батарея заряжается, и ионы лития снова попадают в анодное пространство.

«Эта безанодная конструкция важна, потому что это, вероятно, единственный способ производства литий-металлических батарей сегодня на существующих производственных мощностях», — говорит Венкат Вишванатан, инженер-механик, работающий над литий-металлическими батареями в Университете Карнеги-Меллона. технический советник QuantumScape.«Безанодность стала большой проблемой для сообщества».

Компания 24M представляет технологию аккумуляторов с двойным электролитом для достижения более высокой плотности энергии

Стартап по производству аккумуляторных материалов 24M сообщил в среду, что он разработал архитектуру с «двойным электролитом», которая может значительно повысить производительность аккумуляторов для электромобилей.

Продолжающиеся усилия по улучшению литий-ионных аккумуляторов запускают игру «убей крота», где повышение одного параметра, например плотности энергии, может нарушить другую рабочую характеристику, например срок службы.

Двойной электролит может избежать этой участи, позволяя использовать разные электролиты на катодной и анодной сторонах батареи. Это освобождает разработчика от необходимости использовать один электролит для обеих сторон, поэтому 24M может оптимизировать каждый материал независимо.

«В тот момент, когда у вас есть возможность разделить, выбрать анолит и католит, у вас есть возможность ориентироваться на очень конкретные характеристики», — сказал финансовый директор Ричард Хлебоски.

В долгосрочной перспективе это может позволить создать неуловимую литий-металлическую батарею, каждая ячейка которой содержит гораздо больше энергии, чем батареи, представленные на рынке в настоящее время.Эта конструкция страдает от образования дендритов на стороне анода, что ограничивает срок службы батареи. Теперь 24M может выбрать анолит для минимизации образования дендритов, а также выбрать католит для работы с более высокими напряжениями.

Сообщается, что другие подходы, такие как твердотельные батареи, до широкомасштабной коммерциализации пройдут много лет. Тем не менее, 24M заявляет, что сможет внедрить конструкцию с двойным электролитом в собственные линии по производству полутвердых электролитов.

Еще до объявления дочерняя компания Массачусетского технологического института сконструировала сепаратор, который пропускает ионы, но предотвращает смешивание электролитов.

«Мы добились достаточного прогресса, и мы думаем, что можем рассказать об этом миру», — сказал в интервью президент Рик Фельдт.

Компания построила десятки единиц и отследила улучшение производительности за последние месяцы. Тем не менее, коммерциализация может произойти через пару лет.

«Нам предстоит много работы», — добавил Фельдт.

Все о плотности

Аккумуляторы электромобилей требуют более высокой плотности энергии для обеспечения большей дальности поездки. Современные батареи обеспечивают от 180 до 240 ватт-часов на килограмм, в зависимости от химического состава, согласно данным о батареях от Wood Mackenzie.

По словам руководителей 24M, двойной электролит уже может обеспечить 350 ватт-часов на килограмм. Они считают, что его можно улучшить до 450 или 500 ватт-часов на килограмм, но задача состоит в том, чтобы убедиться, что он поддерживает эту производительность в течение достаточного количества циклов, чтобы быть полезным.

«Это уже не «Интересно, сработает ли это?», — сказал Фельдт. «Теперь вопрос: сколько циклов обучения нам нужно пройти, чтобы заставить его работать на коммерческой основе?»

24M подписал контракт с международной компанией, которая не раскрывается, чтобы помочь в совместной разработке и производстве специализированного сепаратора.

Если эти усилия окажутся успешными, они могут быть полезны в других приложениях, требующих плотности энергии, таких как персональная электроника и аэрокосмическая промышленность.

Технология также не будет ограничиваться металлическим литием. Этот химический состав обещает высочайшую плотность энергии, но разработчики могут использовать двойные электролиты для настройки аккумуляторов по другим параметрам, таким как скорость зарядки.

Специально для нетрадиционного производства

Многие пути могут привести к литий-металлическим батареям.

Один из основных подходов состоит в том, чтобы продолжать дорабатывать обычные конструкции батарей, чтобы увеличить срок службы. Команда 24M отвергла этот метод как маловероятный прорыв.

Более модным направлением являются твердотельные батареи, которые исключают жидкости, которые представляют опасность возгорания в обычных элементах. Это может сделать металлический литий более доступным.

Исследователи потратили годы на разработку полупроводниковых технологий, и несколько компаний собрали значительные суммы, чтобы решить эту проблему.Таинственная QuantumScape прошлым летом привлекла 100 миллионов долларов от VW, а прошлой осенью Solid Power привлекла 20 миллионов долларов, и это лишь некоторые из них. В январе Toyota и Panasonic объединились для разработки твердотельных аккумуляторов для автомобилей.

Тем не менее, твердотельные устройства все еще должны решать физические проблемы, такие как проблемы соединения между твердыми материалами. Если он будет коммерциализирован, для производства полупроводникового оборудования потребуется совершенно новый набор заводских линий. Это может занять годы.

Вот где 24M видит еще одно преимущество: в конструкции с двойным электролитом используется та же технология производства, на разработку которой компания потратила последние восемь лет.

«Это невозможно в традиционной архитектуре», — сказал Джо Адилетта, старший директор по продуктам, описывая двойной электролит. «Не существовало масштабируемого и технологичного способа сделать это».

На производственной линии компании электроды выдавливаются в виде густой темной массы, которая заливается в аккумуляторные блоки. Это устраняет многие этапы, необходимые при обычном производстве ячеек, и снижает первоначальные капитальные затраты на создание завода.

Компания имеет небольшую линию по производству полутвердых электродов в своей штаб-квартире в Кембридже и планирует построить линию мощностью 100 мегаватт-часов с промышленным партнером в конце этого года.

К тому времени, когда двойные электролиты будут готовы к массовому производству — ни в коем случае не гарантированный результат — технология 24M может иметь глобальное производственное присутствие, которое сможет быстро адаптироваться к новому продукту.

Электролиты для высокоэнергетических литиевых батарей

  • Агарвал П., Ци Х., Арчер Л.А. (2010) Возраст в самоподвешенной жидкости с наночастицами. Нано Летт 10(1):111–115

    Google ученый

  • Агарвал П., Чопра М., Арчер Л.А. (2011)Точки соединения наночастиц для полимеров с памятью формы.Angew Chem Int Ed 50(37):8670–8673

    Google ученый

  • Appetecchi GB, Montanino M, Zane D, Carewska M, Alessandrini F, Passerini S (2009) Влияние алкильной группы на синтез и электрохимические свойства N-алкил-N-метил-пирролидиум-бис(трифторметансульфонила) имидные ионные жидкости. Электрохим Акта 54(4):1325–1332

    Google ученый

  • Arai J (2003) Негорючий метилнонафторбутиловый эфир для электролита, используемого в литиевых вторичных батареях.J Electrochem Soc 150(2):A219–A228

    Google ученый

  • Арманд М.Б., Чабаньо Дж.М., Дюкло М.Дж. (1979) В кн.: Транспорт быстрых ионов в твердых телах: электроды и электролиты. Вашиста П., Манди Дж. Н., Шеной Г. К. (ред.) Северная Голландия, Нью-Йорк, стр. 131

  • Аурбах Д., Марковский Б., Салитра Г., Маркевич Э., Талиоссеф Ю., Колтыпин М., Назар Л., Эллис Б., Ковачева Д. (2007) Обзор взаимодействия электрод-электролитный раствор, связанный с катодными материалами для литий-ионных аккумуляторов.J. Источники питания 165(2):491–499

    Google ученый

  • Балакришнан П.Г., Рамеш Р., Кумар Т.П. (2006) Механизмы безопасности в литий-ионных батареях. J Источники питания 155(2):401–414

    Google ученый

  • Bayley PM, Lane GH, Rocher NM, Clare BR, Best AS, MacFarlane DF, Forsyth M (2009) Транспортные свойства ионных жидких электролитов с органическими разбавителями. Phys Chem Chem Phys 11(33):7202–7208

    Google ученый

  • Bennemann H, Brouers F, Quitmann D (1982) Ионные жидкости, расплавленные соли и полиэлектролиты.В: Труды международной конференции по расплавленным солям, Спрингер, Нью-Йорк

  • Бхатт А.И., Бест А.С., Хуанг Дж., Холленкамп А.Ф. (2010) Применение бис(фторсульфонил)имида N-пропил-N-метилпирролодиния RTIL содержащие бис(фторсульфонил)имид лития в литиевых батареях на основе ионной жидкости. J Electrochem Soc 157(1):A66–A74

    Google ученый

  • Бхаттачарья А., Долле М., Майер Дж. (2004) Улучшение электролитов аккумуляторных батарей путем гетерогенного легирования неводных растворов солей лития.Electrochem Solid State Lett 7(11):A432–A434

    Google ученый

  • Боргель В., Маркевича Е., Аурбах Д., Семрау Г., Шмидт М. (2009) О применении ионных жидкостей для перезаряжаемых литиевых батарей: Системы высокого напряжения. J Источники питания 189(1):331–336

    Google ученый

  • Боргини М.С., Мастрагостино М., Занелли А. (1996) Надежность литиевых батарей со сшитыми полимерными электролитами.Электрохим Акта 41(15):2369–2373

    Google ученый

  • Брюс П.Г. (2008) Хранение энергии за горизонтом: перезаряжаемые литиевые батареи. Ионика твердого тела 179(21–26):752–760

    Google ученый

  • Брюс П.Г., Скросати Б., Тараскон Дж.М. (2008) Наноматериалы для перезаряжаемых литиевых батарей. Angew Chem Inter Ed 47(16):2930–2946

    Google ученый

  • Capiglia C, Mustarelli P, Quartarone E, Tomasi C, Magistris A (1999) Влияние наноразмерного SiO 2 на термические и транспортные свойства полимера на основе поли(этиленоксида) (PEO) без растворителей электролиты.Ионика твердого тела 118(1–2):73–79

    Google ученый

  • Чанг Д.Р., Ли С.Х., Ким С.В., Ким Х.Т. (2002) Бинарный электролит на основе диметилового эфира тетра(этиленгликоля) и 1,3-диоксолана для литий-серных аккумуляторов. J Источники питания 112(2):452–460

    Google ученый

  • Chen R, Wu F, Li L, Guan Y, Qiu X, Chen S, Li Y, Wu S (2007) Бутиленсульфит в качестве пленкообразующей добавки к электролитам на основе пропиленкарбоната для литий-ионных аккумуляторов.J Источники питания 172(1):395–403

    Google ученый

  • Cheng H, Zhu C, Huang B, Lu M, Yang Y (2007) Синтез и электрохимическая характеристика полимерных электролитов на основе ПЭО с ионными жидкостями при комнатной температуре. Электрохим Акта 52(19):5789–5794

    Google ученый

  • Cheon SE, Ko KS, Cho JH, Kim SW, Chin EY, Kim HT (2003a) Перезаряжаемая литий-серная батарея – I.Структурное изменение серного катода при разряде и заряде. J Electrochem Soc 150(6):A796–A799

    Google ученый

  • Cheon SE, Ko KS, Cho JH, Kim SW, Chin EY, Kim HT (2003b) Перезаряжаемая литий-серная батарея – II. Оцените возможности и характеристики цикла. J Electrochem Soc 150(6):A800–A805

    Google ученый

  • Choi N-S, Park J-K (2009) Сравнительное исследование координации между полимером-хозяином и ионами Li(+) в гелевых полимерных электролитах, отвержденных УФ-излучением.Ионика твердого тела 180(20–22):1204–1208

    Google ученый

  • Чой Дж.В., Ким Дж.К., Черувалли Г., Ан Дж.Х., Ан Х.Дж., Ким К.В. (2007) Перезаряжаемая литий-серная батарея с подходящими смешанными жидкими электролитами. Электрохим Акта 52(5):2075–2082

    Google ученый

  • Чой Дж.В., Черувалли Г., Ким Д.С., Ан Дж.Х., Ким К.В., Ан Х.Дж. (2008) Перезаряжаемая литий-серная батарея с жидкими электролитами, содержащими толуол в качестве добавки.J Источники питания 183(1):441–445

    Google ученый

  • Кристи А.М., Лилли С.Дж., Стонтон Э., Андреев Ю.Дж., Брюс П.Г. (2005) Повышение проводимости кристаллических полимерных электролитов. Природа 433(7021):50–53

    Google ученый

  • Croce F, Appetecchi GB, Persi L, Scrosati B (1998) Нанокомпозитные полимерные электролиты для литиевых батарей. Природа 394(6692):456–458

    Google ученый

  • Кроче Ф., Курини Р., Мартинелли А., Перси Л., Рончи Ф., Скросати Б., Каминити Р. (1999) Физические и химические свойства нанокомпозитных полимерных электролитов.J Phys Chem B 103(48):10632–10638

    Google ученый

  • Croce F, Sacchetti S, Scrosati B (2006) Усовершенствованные, высокоэффективные композитные полимерные электролиты для литиевых батарей. J Источники питания 161(1):560–564

    Google ученый

  • Das S, Bhattacharyya A (2009) Химия поверхности оксидных частиц и перенос ионов в электролитах с «мокрым песком». J Phys Chem C 113(16):6699–6705

    Google ученый

  • Дас С., Бхаттачарья А. (2010) Влияние морфологии сетки оксидных частиц на сольватацию и транспорт ионов в электролитах с «мокрым песком».J Phys Chem B 114(20):6830–6835

    Google ученый

  • Davis JH (2004) Ионные жидкости для конкретных задач. Chem Lett 33(9):1072–1077

    Google ученый

  • Дойл М., Фуллер Т.Ф., Ньюман Дж. (1994) Важность числа переноса ионов лития в литий-полимерных элементах. Электрохим Акта 39(13):2073–2081

    Google ученый

  • Эгашира М., Окада С., Ямаки Дж., Дри Д.А., Бонадиес Ф., Скросати Б. (2004) Приготовление ионной жидкости на основе четвертичного аммония, содержащей цианогруппу, и ее свойства в электролите литиевой батареи.J Источники питания 138(1–2):240–244

    Google ученый

  • El Ouatani L, Dedryvère R, Siret C, Biensan P, Reynaud S, Iratçabal P, Gonbeau D (2009) Влияние добавки виниленкарбоната на формирование поверхностной пленки на обоих электродах в литий-ионных батареях. J Electrochem Soc 156(2):A103–A113

    Google ученый

  • Fei S-T, Allcock HR (2010) Метоксиэтоксиэтоксифосфазены в качестве ионно-проводящих огнезащитных добавок для литиевых аккумуляторных систем.J Источники питания 195(7):2082–2088

    Google ученый

  • Fenton DE, Parker JM, Wright PV (1973) Комплексы ионов щелочных металлов с полиэтиленоксидом. Полимер 14(11):589

    Google ученый

  • Fergus JW (2010) Керамические и полимерные твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов. J Источники питания 195(15):4554–4569

    Google ученый

  • Фогелинг Дж., Кунце М., Шонхофф М., Столвейк Н.А. (2010) Диффузия чужеродных и собственных ионов в сшитом электролите соль-в-полиэфире.Phys Chem Chem Phys 12(26):7148–7161

    Google ученый

  • Fragiadakis D, Dou S, Colby RH, Runt J (2008) Молекулярная подвижность, подвижность ионов и концентрация подвижных ионов в полиуретановых иономерах на основе полиэтиленоксида. Макромолекулы 41(15):5723–5728

    Google ученый

  • Fragiadakis D, Dou S, Colby RH, Runt J (2009) Молекулярная подвижность и проводимость Li(+) в полиэфирных сополимерных иономерах на основе полиэтиленоксида.J Chem Phys 130(6):064907

    Google ученый

  • Fuller J, Breda AC, Carlin RT (1998)Ионные жидкостно-полимерные гелевые электролиты из гидрофильных и гидрофобных ионных жидкостей. J Electroanal Chem 459(1):29–34

    Google ученый

  • Гаджурова З., Андреев Ю.Г., Танстолл Д.П., Брюс П.Г. (2001) Ионная проводимость в кристаллических полимерных электролитах. Природа 412(6846):520–523

    Google ученый

  • Гош А., Кофинас П. (2008) Сухой электролит наноструктурированного блок-сополимера.J Electrochem Soc 155(6):A428–A431

    Google ученый

  • Ghosh A, Wang C, Kofinas P (2010) Блок-сополимерный твердый аккумуляторный электролит с высоким числом переноса литий-иона. J Electrochem Soc 157(7):A846–A849

    Google ученый

  • Гиришкумар Г., Макклоски Б., Лунц А.С., Суонсон С., Вике В. (2010) Литий-воздушная батарея: перспективы и проблемы. J Phys Chem Lett 1(14):2193–2203

    Google ученый

  • Гомес Э.Д., Пандай А., Фэн Э.Х., Чен В., Стоун Г.М., Минор А., Киселовши С., Даунинг К.Х., Бородин О., Смит Г.Д., Балсара Н.П. (2009) Влияние распределения ионов на проводимость блок-сополимерных электролитов.Нано Летт 9(3):1212–1216

    Google ученый

  • Goodenough JB, Kim J (2010) Проблемы литиевых аккумуляторов. Chem Mater 22(3):587–603

    Google ученый

  • Hamlen R, Au G, Brundage M, Hendrickson M, Plichta E, Slane S, Barbarello J (2001) Портативные энергетические программы армии США. J Источники питания 97–98 (СИ): 22–24

    Google ученый

  • Hayamizu K, Aihara Y, Nakagawa H, Nukuda T, Price WS (2004) Ионная проводимость и диффузия ионов в бинарных ионных жидкостях при комнатной температуре, состоящих из [emim][BF4] и LiBF4.J Phys Chem B 108(50):19527–19532

    Google ученый

  • Herbert EG, Tenhaeff WE, Dudney NJ, Pharr GM (2011) Механическая характеристика пленок LiPON с использованием наноиндентирования. Тонкие твердые пленки 520(1):413–418

    Google ученый

  • Howlett PC, MacFarlane DR, Hollenkamp AF (2004) Высокая эффективность циклирования металлического лития в ионной жидкости при комнатной температуре. Electrochem Solid State Lett 7(5):A97–A101

    Google ученый

  • Howlett PC, Brack N, Hollenkamp AF, Forsyth M, MacFarlane DR (2006) Характеристика литиевой поверхности в N-метил-N-алкилпирролидиний-бис(трифторметансульфонил)амиде ионных жидких электролитах при комнатной температуре.J Electrochem Soc 153(3):A595–A606

    Google ученый

  • Hussey CL (1983) Ионные жидкости. Достижения в области химии расплавленных солей, том 5, стр. 185

  • Hyung YE, Vissers DR, Amine K (2003) Огнезащитные добавки для литий-ионных аккумуляторов. J Источники питания 119(SI):383–387

    Google ученый

  • Itoh T, Yoshikawa M, Uno T, Kubo M (2009) Твердые полимерные электролиты на основе солей поли(лития карбоксилата).Ионика 15(1):27–33

    Google ученый

  • Джаяпракаш Н., Шен Дж., Моганти С.С., Корона А., Арчер Л.А. (2011) Пористые полые композиты углерод-сера для мощных литий-серных батарей. Angew Chem Int Ed 50(26):5904–5908

    Google ученый

  • Jayathilaka PARD, Dissanayake MAKL, Albinsson I, Mellander B-E (2002) Влияние нанопористого Al 2 O 3 на тепловые, диэлектрические и транспортные свойства полимерной электролитной системы (PEO)(9) LiTFSI .Электрохим Акта 47(20):3257–3268

    Google ученый

  • Jeon J-D, Kim M-J, Kwak S-Y (2006) Влияние добавления наночастиц TiO 2 на механические свойства и ионную проводимость не содержащих растворителей полимерных электролитов на основе пористых P(VdF-HFP)/P(EO- ЭК) мембраны. J Источники питания 162(2):1304–1311

    Google ученый

  • Джеяпандиан М., Лавина С., Таюманасундарарам С., Оно Х., Негро Э., Ното В.Д. (2010) Новые гибридные неорганические-органические полимерные электролиты на основе Zr(O(CH(2))(3)CH(3)) (4), глицерин и ионная жидкость EMIm-TFSI.J Источники питания 195(1):341–353

    Google ученый

  • Ji X, Lee KT, Nazar LF (2009) Высокоупорядоченный наноструктурированный углерод-серный катод для литий-серных батарей. Нат Матер 8(6):500–506

    Google ученый

  • Джин Б., Ким Дж.У., Гу Х.Б. (2003) Электрохимические свойства литий-серных батарей. J Источники питания 117(1–2):148–152

    Google ученый

  • Джоу Т.Р., Сюй К., Чжан С.С., Дин М.С. (2005) Невоспламеняющийся неводный электролит и элементы с неводным электролитом, содержащие его.Патент США 6,924,061

  • Kao H-M, Chen CL (2004) Органо-неорганический гибридный электролит, полученный в результате самосборки поли(этиленоксида)-поли(пропиленоксида)-поли(этиленоксида) триблочного сополимера. Angew Chem Int Ed 43(8):980–984

    Google ученый

  • Kao H-M, Chao S-W, Chang PC (2006) Многоядерный твердотельный ЯМР, коэффициенты самодискуссии, дифференциальная сканирующая калориметрия и ионная проводимость твердых органо-неорганических гибридных электролитов на основе PPG-PEG-PPG диамина, силоксана и перхлорат лития.Макромолекулы 39(3):1029–1040

    Google ученый

  • Катакабе Т., Кавано Р., Ватанабе М. (2007) Ускорение скорости окислительно-восстановительной диффузии и переноса заряда в ионной жидкости с добавлением наночастиц. Electrochem Solid State Lett 10(6):F23–F25

    Google ученый

  • Керр Дж.Б., Хан Ю.Б., Лю Г., Ридер С., Се Дж., Сунь Х (2004) Межфазное поведение полимерных электролитов.Электрохим Акта 50(2–3):235–242

    Google ученый

  • Кляйн Р.Дж., Чжан С., Доу С., Джонс Б.Х., Колби Р.Х., Рунт Дж. (2006) Моделирование поляризации электродов в диэлектрической спектроскопии: подвижность ионов и концентрация подвижных ионов в одноионных полимерных электролитах. J Chem Phys 124(14):144903

    Google ученый

  • Кобаяши Т., Ямада А., Канно Р. (2008) Межфазные реакции на границе электрод/электролит во всех твердотельных литиевых батареях с использованием неорганического твердого электролита, тио-ЛИСИКОН.Электрохим Акта 53(15):5045–5050

    Google ученый

  • Kotobuki M, Suzuki Y, Munakata H, Kanamura K, Sato Y, Yamamoto K, Yoshida T (2010a) Совместимость катодных материалов LiCoO(2) и LiMn(2)O(4) для Li(0,55)La Электролит (0,35)TiO(3) для изготовления полностью твердотельной литиевой батареи. J Источники питания 195(17):5784–5788

    Google ученый

  • Kotobuki M, Munakata H, Kanamura K, Sato Y, Yoshida T (2010b) Совместимость твердого электролита Li(7)La(3)Zr(2)O(12) с полностью твердотельной батареей с использованием Li металлический анод.J Electrochem Soc 157(10):A1076–A1079

    Google ученый

  • Kotobuki M, Suzuki Y, Munakata H, Kanamura K, Sato Y, Yamamoto K, Yoshida T (2010c) Изготовление трехмерной батареи с использованием керамического электролита с сотовой структурой с помощью золь-гель процесса. J Electrochem Soc 157(4):A493–A498

    Google ученый

  • Krawiec W, Scanlon LG, Fellner JP, Vaia RA, Vasudevan S, Giannelis EP (1995) Полимерные нанокомпозиты — новая стратегия синтеза твердых электролитов для перезаряжаемых литиевых батарей.J Источники питания 54(2):310–315

    Google ученый

  • Лейн Г.Х., Бест А.С., Макфарлейн Д.Р., Холленкамп А.Ф., Форсайт М. (2010) Смешанный ионный жидкий электролит с азо-спиро для литий-металлических LiFePO(4) батарей. J Electrochem Soc 157(7):A876–A884

    Google ученый

  • Lee JS, Quan ND, Hwang JM, Bae JY, Kim H, Cho BW, Kim HS, Lee H (2006) Ионные жидкости, содержащие сложноэфирную группу, в качестве потенциальных электролитов.Электрохим Коммуна 8(3):460–464

    Google ученый

  • Lee YM, Seo JE, Lee YG, Lee SH, Cho KY, Parka JK (2007) Влияние триацетоксивинилсилана в качестве добавки к слою SEI на электрохимические характеристики литий-металлической вторичной батареи. Electrochem Solid State Lett 10(9):A216–A219

    Google ученый

  • Левандовски А., Свидерска-Моцек А. (2009) Ионные жидкости в качестве электролитов для литий-ионных аккумуляторов — обзор электрохимических исследований.J Источники питания 194(2):601–609

    Google ученый

  • Левандовски А., Свидерска-Мочек А. (2010) Литий-металлический потенциал в Li(+), содержащих ионные жидкости. J Appl Electrochem 40(3):515–524

    Google ученый

  • Ляо К.С., Сутто Т.Е., Андреоли Э., Аджаян П., МакГрэйди К.А., Курран С.А. (2010)Наногубчатые ионные жидкостно-полимерные композитные электролиты для твердотельных литиевых источников питания.J Источники питания 195(3):867–871

    Google ученый

  • Liu H, Liu Y, Li J (2010) Ионные жидкости в поверхностной электрохимии. Phys Chem Chem Phys 12(8):1685–1697

    Google ученый

  • Luo J-Y, Cui W-J, He P, Xia Y-Y (2010) Повышение циклической стабильности литий-ионных аккумуляторов на водной основе за счет удаления кислорода из электролита. Nat Chem 2(9):760–765

    Google ученый

  • Мандал Б.К., Падхи А.К., Ши З., Чакраборти С., Филлер Р. (2006) Ингибиторы теплового разгона для электролитов литиевых батарей.J Источники питания 161(2):1341–1345

    Google ученый

  • Марта С.К., Маркевич Э., Бургель В., Салитра Г., Зиниград Э., Марковский Б., Склар Х., Прамович З., Хейк О., Аурбах Д., Экснар И., Бука Х., Дрезен Т., Семрау Г., Шмидт М., Ковачева D, Salyski N (2009) Краткий обзор химических аспектов поверхности литиевых батарей: ключ к хорошей производительности. J Источники питания 189(1):288–296

    Google ученый

  • Matoba Y, Ikeda Y, Kohjiya S (2002) Ионная проводимость и механические свойства полимерных сеток, приготовленных из разветвленных поли(оксиэтиленов) с высокой молекулярной массой.Ионика твердого тела 147(3–4):403–409

    Google ученый

  • Мазор Х., Голодницкий Д., Пелед Э., Вечорек В., Скросати Б. (2008) Поиск полимерного электролита с одиночной ионной проводимостью: комбинированное действие анионной ловушки и неорганического наполнителя. J Источники питания 178(2):736–743

    Google ученый

  • Мэй А., Цзян К.Х., Лин Ю.Х., Нан К.В. (2009) Твердотельный электролит на основе оксида лития, лантана и титана методом искрового плазменного спекания.J Соединения сплавов 486(1–2):871–875

    Google ученый

  • Менкин С., Голодницкий Д., Пелед Е. (2009) Искусственная твердоэлектролитная межфазная фаза (SEI) для улучшения циклируемости и безопасности литий-ионных элементов для приложений EV. Электрохимическая коммуна 11(9):1789–1791

    Google ученый

  • Михайлик Ю.В., Акридж Дж.Р. (2003) Низкотемпературные характеристики Li/S аккумуляторов.J Electrochem Soc 150(3):A306–A311

    Google ученый

  • Миллер Т.Дж. (2009) Хранение электроэнергии для транспортных средств: цели и показатели, Ford Motor Company

  • Моганти С.С., Балтус Р.Е., Рой Д. (2009) Электрохимические окна и характеристики импеданса [Bmim(+)][ Ионные жидкости BF(4)(-)] и [Bdmim(+)][BF(4)(-)] на поверхности Au, Pt, Ta и стеклоуглеродных электродов. Chem Phys Lett 483(1–3):90

    Google ученый

  • Моганти С.С., Джаяпракаш Н., Ньюджент Дж.Л., Шен Дж., Арчер Л.А. (2010) Наночастицы, связанные с ионной жидкостью: гибридные электролиты.Angew Chem Int Ed 49(48):9158–9161

    Google ученый

  • Monroe C, Newman J (2005) Влияние упругой деформации на кинетику осаждения на границах раздела литий/полимер. J Electrochem Soc 152(2):A396–A404

    Google ученый

  • Morita M, Niida Y, Yoshimoto N, Adachi K (2005) Полимерный гелевый электролит, содержащий алкилфосфат, для литий-ионных аккумуляторов. J Источники питания 146(1–2):427–430

    Google ученый

  • Nakagawa H, Izuchi S, Kuwana K, Nukuda T, Aihara Y (2003) Жидкие и полимерные гелевые электролиты для литиевых батарей, состоящие из расплавленной соли при комнатной температуре, легированной солью лития.J Electrochem Soc 150(6):A695–A700

    Google ученый

  • Ниитани Т., Амайке М., Накано Х., Докко К., Канамура К. (2009) Звездообразный полимерный электролит с микрофазовой разделительной структурой для полностью твердотельных литиевых батарей. J Electrochem Soc 156(7):A577–A583

    Google ученый

  • Ньюджент Дж.Л., Моганти С.С., Арчер Л.А. (2010) Наноразмерные органические гибридные электролиты.Adv Mater 22(33):3677

    Google ученый

  • Oesten R, Heider U, Schmidt M (2002) Передовые электролиты. Ионика твердого тела 148(3–4):391–397

    Google ученый

  • Оно Х (2005) Электрохимические аспекты ионных жидкостей. John Wiley & Sons, Inc., Нью-Джерси

    Google ученый

  • Охта Н., Такада К., Чжан Л., Ма Р., Осада М., Сасаки Т. (2006) Повышение быстродействия твердотельных литиевых батарей путем наномасштабной модификации интерфейса.Adv Mater 18(17):2226

    Google ученый

  • Panero S, Scrosati B, Sumathipala HH, Wieczorek W (2007) Двухкомпонентные полимерные электролиты с улучшенными транспортными свойствами. J Источники питания 167(2):510–514

    Google ученый

  • Park G, Nakamura H, Lee Y, Yoshio M (2009) Важная роль добавок для повышения безопасности литий-ионных аккумуляторов. J Источники питания 189(1):602–606

    Google ученый

  • Патил А., Патил В., Шин Д.В., Чой Дж.В., Пайк Д.С., Юн С.Дж. (2008 г.) Проблемы и проблемы перезаряжаемых тонкопленочных литиевых батарей.Mater Res Bull 43 (8–9): 1913–1942

    Google ученый

  • Пищ М., Марзантович М., Плева-Марчевская А., Жуковская Г.З., Залевская А., Петршиковский А., Секерский М. (2010) Гибридный полимерный электролит на основе метилалюмоксана. J Источники питания 195(22):7495–7505

    Google ученый

  • Попалл М., Андрей М., Каппель Дж., Крон Дж., Олма К., Олсовски Б. (1998) ORMOCERS в качестве неорганических-органических электролитов для новых твердотельных литиевых батарей и суперконденсаторов.Электрохим Акта 43(10–11):1155–1161

    Google ученый

  • Raghaven P, Choi JW, Ahn JH, Cheruvally G, Chauhan GS, Ahn HJ, Nah C (2008) Новый электропрядный поли(винилиденфторид-со-гексафторпропилен)-in situ SiO 2 композитный полимер на основе мембраны электролит для литиевых аккумуляторов. J Источники питания 184(2):437–443

    Google ученый

  • Редди М.Дж., Чу П.П., Кумар Дж.С., Рао УВС (2006) Ингибированная кристаллизация и ее влияние на проводимость в твердом электролите наноразмерного композита оксида железа ПЭО.J Источники питания 161(1):535–540

    Google ученый

  • Россо М., Гоброн Т., Бриссо С., Шазавьель Дж. Н., Ласко С. (2001) Начало роста дендритов в литий-полимерных клетках. J Источники питания 97–98 (СИ): 804–806

    Google ученый

  • Rupp B, Schmuck M, Balducci A, Winter M, Kern W (2008) Полимерный электролит для литиевых батарей на основе фотохимически сшитого поли(этиленоксида) и ионной жидкости.Евро Полим J 44(9):2986–2990

    Google ученый

  • Ryu HS, Ahn HJ, Kim KW, Ahn JH, Lee JY, Cairns EJ (2005) Саморазряд литий-серных элементов с использованием токосъемников из нержавеющей стали. J Источники питания 140(2):365–369

    Google ученый

  • Ryu HS, Ahn HJ, Kim KW, Ahn JH, Cho KK, Nam TH, Kim JU, Cho GB (2006a) Характеристики разряда литий-серного элемента с электролитом на основе TEGDME при низкой температуре.J Источники питания 163(1):201–206

    Google ученый

  • Ryu HS, Ahn HJ, Kim KW, Ahn JH, Lee JY (2006b) Процесс разрядки элементов Li/PVdF/S при комнатной температуре. J Источники питания 153(2):360–364

    Google ученый

  • Сакуда А., Китаура Х., Хаяши А., Таданага К., Тацумисаго М. (2008 г.) Повышение производительности полностью твердотельных литиевых вторичных батарей с использованием Li-CoO(2) с покрытием Li(2)) -SiO(2) стекла.Electrochem Solid State Lett 11(1):A1–A3

    Google ученый

  • Шефер Дж.Л., Моганти С.С., Янга Д.А., Арчер Л.А. (2011)Нанопористые гибридные электролиты. J Mat Chem 21(27):10094–10101

    Google ученый

  • Scrosati B, Garche J (2010) Литиевые батареи: состояние, перспективы и будущее. J. Источники питания 195(9):2419–2430

    Google ученый

  • Seki S, Kobayashi Y, Miyashiro H, Ohno Y, Usami A, Mita Y, Kihira N, Watanabe M, Terada N (2006) Литиевые вторичные батареи с использованием модифицированной имидазолиевой ионной жидкости при комнатной температуре.J Phys Chem B 110(21):10228–10230

    Google ученый

  • Seki S, Mita Y, Tokuda H, Ohno Y, Kobayashi Y, Usami A, Watanabe M, Terada N, Miyashiro N (2007) Эффекты алкильной цепи в ионных жидкостях имидазолиевого типа при комнатной температуре в качестве литиевой вторичной батареи электролиты. Electrochem Solid State Lett 10(10):A237–A240

    Google ученый

  • Shigematsu Y, Ue M, Yamaki J-i (2009) Термическое поведение заряженного графита и Li(x)CoO(2) в электролитах, содержащих алкилфосфат, для литий-ионных элементов.J Electrochem Soc 156(3):A176–A180

    Google ученый

  • Шим Э.Г., Нам Т.Х., Ким Дж.Г., Ким Х.С., Мун С.И. (2009) Влияние триоктилфосфата и крезилдифенилфосфата в качестве антипиренов для электролитов литий-ионных аккумуляторов. Met Mater Int 15(4):615–621

    Google ученый

  • Shin JH, Cairns EJ (2008) N-метил-(н-бутил)пирролидиний бис(трифторметансульфонил)имид-LiTFSI-поли(этиленгликоль)диметиловый эфир в качестве электролита Li/S ячейки.J Источники питания 177(2):537–545

    Google ученый

  • Singh M, Odusanya O, Wilmes GM, Eitouni HB, Gomez ED, Patel AJ, Chen VL, Park MJ, Fragouli P, Iatrou H, Hadjichristidis N, Cookson D, Balsara NP (2007) Влияние молекулярной массы на механические и электрические свойства бок-сополимерных электролитов. Макромолекулы 40(13):4578–4585

    Google ученый

  • Song S-W, Baek S-W (2009) Стабилизация SEI на основе силана на тонкопленочных электродах из нанокристаллического кремния для литиевых батарей.Electrochem Solid State Lett 12(2):A23–A27

    Google ученый

  • Syzdek J, Armand M, Gizowska M, Marcinek M, Sasim E, Szafran M, Wieczorek W (2009) Керамика в полимере по сравнению с полимером в керамике полимерные электролиты — новый подход. J Источники питания 194(1):66–72

    Google ученый

  • Takahara H, Tabuchi M, Takeuchi T, Kageyama H, Ide J, Handa K, Kobayashi Y, Kurisu Y, Kondo S, Kanno R (2004) Применение электролитов на основе металлического лития в полностью твердотельных литиевых вторичных батареях с использованием стекла Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 .J Electrochem Soc 151(9):A1309–A1313

    Google ученый

  • Tarascon J-M, Gozdz AS, Schmutz C, Shokoohi F, Warren PC (1996) Характеристики пластиковых литий-ионных аккумуляторов Bellcore. Ионика твердого тела 86(8):49–54

    Google ученый

  • Tenhaeff W, Yu X, Hong K, Perry KA, Dudney NJ (2011) Ионный перенос через поверхности раздела твердого стекла и полимерных электролитов для литий-ионных аккумуляторов.J Electrochem Soc 158(10):A1143–A1149

    Google ученый

  • Терада Ю., Ясака К., Нисикава Ф., Кониси Т., Йошио М., Накаи И. (2001) XAFS-анализ in situ Li(Mn, M)(2)O-4 (M = Cr, Co, Ni) Катодные материалы 5 В для литий-ионных вторичных аккумуляторов. J Solid State Chem 156(2):286–291

    Google ученый

  • Тодоров Ю.Р., Хидэсима Ю., Ногучи Х., Йошио М. (1999) Определение теоретической емкости легированного ионами металла LiMn 2 O 4 в качестве положительного электрода в литий-ионных батареях.J Источники питания 77(2):198–201

    Google ученый

  • Токуда Х., Хаямидзу К., Исии К., Абу Бин Хасан Сьюзан М., Ватанабе М. (2004) Физио-химические свойства и структура ионных жидкостей при комнатной температуре. 1. Вариация анионных частиц. J Phys Chem B 108(42):16593–16600

    Google ученый

  • Цуда Т., Кондо К., Томиока Т., Такахаши Й., Мацумото Х., Кувабата С., Хасси С.Л. (2011) Angew Chem Int Ed 50(6):1310–1313

    Google ученый

  • Учияма Р., Кусагава К., Ханаи К., Иманиши Н., Хирано А., Такеда Ю. (2009) Разработка сухих полимерных электролитов на основе полиэтиленоксида с ко-мостиковым агентом, сшитым электронным лучом.Ионика твердого тела 180(2–3):205–211

    Google ученый

  • Валенсия Х., Кохьяма М., Танака С., Мацумото Х. (2002) Ab initio исследование взаимодействия кристалла EMIM-BF(4) с поверхностью Li (100) в качестве модели интерфейса ионная жидкость/литий в литий-ионном батареи. J Chem Phys 131(24):244705

    Google ученый

  • Верма П., Майр П., Новак П. (2010) Обзор особенностей и анализ межфазной фазы твердого электролита в литий-ионных батареях.Электрохим Акта 55(22):6332–6341

    Google ученый

  • Walden P (1914) Bull Acad Imper Sci (Санкт-Петербург) 1800

  • Walls HJ, Riley MW, Singhal RR, Spontak RJ, Fedkiw PS, Khan SA (2003) Нанокомпозитный электролит с коллоидным кремнеземом и гекторитом глиняные сети: пассивные и активные наполнители. Adv Funct Mater 13(9):710–717

    Google ученый

  • Wang Y, Zhou H (2010) Литий-воздушная батарея, способная непрерывно восстанавливать O(2) из ​​воздуха для подачи энергии.J Источники питания 195(1):358–361

    Google ученый

  • Wang X, Yasukawa E, Kasuya S (2001) Невоспламеняющиеся электролиты, содержащие триметилфосфат, для литий-ионных аккумуляторов — I. Фундаментальные свойства. J Electrochem Soc 148(10):A1058–A1065

    Google ученый

  • Wang J, Liu L, Ling Z, Yang J, Wan C, Jiang C (2003) Полимерные литиевые элементы с композитами серы в качестве катодных материалов.Электрохим Акта 48(13):1861–1867

    Google ученый

  • Wang J, Wang Y, He X, Ren J, Jiang C, Wan C (2004a) Электрохимические характеристики серных композитных катодных материалов в перезаряжаемых литиевых батареях. J Источники питания 138(1–2):271–273

    Google ученый

  • Wang P, Zakeeruddin SM, Comte P, Exnar I, Gratzel M (2004b) Электролиты на основе ионной жидкости с наночастицами кремнезема для квазитвердых солнечных элементов, сенсибилизированных красителем.J Am Chem Soc 125(5):1166–1167

    Google ученый

  • Wang WK, Wang Y, Huang YQ, Huang CJ, Yu ZB, Zhang H, Wang AB, Yuan KG (2010a) Электрохимические характеристики литий-серных батарей с электролитом LiClO(4) DOL/DME. J Appl Electrochem 40(2):321–325

    Google ученый

  • Wang W, Liu W, Tudryn GJ, Colby RH, Winey KI (2010b) Морфология сульфонатных иономеров на основе поли(этиленоксида) с катионами щелочных металлов в масштабе разной длины при комнатной температуре.Макромолекулы 43(9):4223–4229

    Google ученый

  • Вассершид П., Велтон Т. (2003) Ионные жидкости в синтезе. Wiley-VCH, Вайнхим

    Google ученый

  • Welton T (1999) Ионные жидкости при комнатной температуре. Растворители для синтеза и катализа. Chem Rev 99(8):2071–2083

    Google ученый

  • Wilkes JS, Zaworotko MJ (1992) Стабильные на воздухе и воде ионные жидкости на основе 1-этил-3-метилимидазолима.J Chem Soc Chem Commun 13:965–967

    Google ученый

  • Xie J, Imanishi N, Zhang T, Hirano A, Takeda Y, Yamamoto O, Zhao XB, Cao GS (2010) Электрохимические характеристики полностью твердотельных литиевых батарей на основе LiMn(0,5)Ni(0,5)O (2) катод и электролит типа NASICON. J Источники питания 195(24):8341–8346

    Google ученый

  • Xu K (2004) Неводные жидкие электролиты для аккумуляторных батарей на основе лития.Chem Rev 104(10):4303–4417

    Google ученый

  • Xu MQ, Li WS, Zuo XX, Liu JS, Xu X (2007) Повышение производительности литий-ионного аккумулятора с использованием PC в качестве компонента растворителя и BS в качестве добавки, образующей SEI. J Источники питания 174(2):705–710

    Google ученый

  • Xu F, Dudney NJ, Veith GM, Kim Y (2010) Свойства оксинитрида лития-фосфора (Lipon) для трехмерных твердотельных литиевых батарей.J Mater Res 25(8):1507–1515

    Google ученый

  • Ямин Х., Горенштейн А., Пенсинер Дж., Штернберг Ю., Пелед Э. (1988) Литий-серная батарея — механизмы восстановления окисления полисульфидов в растворах ТГФ. J Electrochem Soc 135(5):1045–1048

    Google ученый

  • Yao W, Zhang Z, Gao J, Li J, Xu J, Wang Z, Yang Y (2009) Винилэтиленсульфит как новая добавка в электролит на основе пропиленкарбоната для литий-ионных аккумуляторов.Energy Environment Sci 2(10):1102–1108

    Google ученый

  • Йошио М., Бродд Р.Дж., Кодзава А. (ред.) (2009 г.) Литий-ионные аккумуляторы: наука и технологии. Springer, Berlin

  • Yu X, Bates JB, Jellison GE Jr, Hart FX (1997) Стабильный тонкопленочный литиевый электролит: оксинитрид лития-фосфора. J Electrochem Soc 144(2):524–532

    Google ученый

  • Чжан С.С. (2006) Обзор добавки к электролиту для литий-ионных аккумуляторов.J Источники питания 162(2):1379–1394

    Google ученый

  • Zhang HP, Xia Q, Wang B, Yang LC, Wu YP, Sun DL, Gan CL, Luo HJ, Bebeda AW, van Ree T (2009) Винил-трис-(метоксидиэтокси)силан как эффективный и экологически чистый антипирены для электролитов в ионно-литиевых батареях. Электрохим Коммуна 11(3):526–529

    Google ученый

  • Zhao Y, Van der Noot T (1997) Электроосаждение алюминия из систем неводных органических электролитов и расплавленных солей при комнатной температуре.Электрохим Акта 42(1):3–13

    Google ученый

  • Zhou DY, Li WS, Tan CL, Zuo XX, Huang HJ (2008) Крезилдифенилфосфат в качестве антипиреновой добавки для литий-ионных аккумуляторов. J Источники питания 184(2):589–592

    Google ученый

  • Zhou H, Wang Y, Li H, He P (2010) Разработка нового типа аккумуляторных батарей на основе гибридных электролитов. Chem Sus Chem 3(9):1009–1019

    Google ученый

  • Ландшафт твердотельных батарей — QuantumScape

    Потенциальное увеличение плотности энергии литий-металлических анодных батарей известно с середины 1970-х годов.Однако также известно, что литий-металлические аноды не работают с обычными жидкими электролитами из-за двойной проблемы образования дендритов при зарядке батареи и быстрого роста импеданса из-за химической побочной реакции между жидким электролитом и литием. металл. Дендриты представляют собой игольчатые образования из металлического лития, которые могут расти поперек сепаратора и вызывать короткое замыкание в ячейке. Импеданс относится к внутреннему сопротивлению ячейки; рост этого сопротивления снижает энергетическую емкость клетки, а также ее способность работать на больших мощностях.

    Таким образом, широко распространено мнение, что для изготовления литий-металлической анодной батареи необходим твердотельный сепаратор, проводящий примерно так же, как жидкость, но препятствующий образованию дендритов и не вступающий в реакцию с металлическим литием. Промышленность искала такой материал более 40 лет.

    Обещание твердотельной литий-металлической батареи

    Оказывается, литий-металлический анод, активированный таким твердотельным сепаратором, может решить не только проблему плотности энергии, но и ряд других ограничения обычных литий-ионных аккумуляторов, поскольку многие из них также происходят из углеродного анода, в том числе:

    1. Плотность энергии: поскольку углерод, из которого состоит анод, занимает место и имеет массу, его устранение увеличивает плотность энергии сотовый.
    2. Плотность мощности/быстрая зарядка: литий, который проходит через элемент в анод, должен диффундировать в углерод со скоростью, которая определяется фундаментальными свойствами материала графита. Любые попытки ввести ионы лития в частицы углеродного анода быстрее, чем эта естественная скорость диффузии, могут привести к «покрытию» лития на поверхности частицы вместо того, чтобы диффундировать в нее, вызывая потерю емкости и отказы. Устранение углерода устраняет это ограничение, обеспечивая быструю зарядку без каких-либо неблагоприятных воздействий.
    3. Срок службы: срок службы элемента частично ограничен необратимой химической побочной реакцией (т. е. нежелательной реакцией) на границе раздела углеродной частицы и жидкого электролита, которая потребляет небольшое количество лития при каждой зарядке. цикл разрядки, приводящий к кумулятивной потере емкости (и, следовательно, энергии) в течение срока службы элемента. При отсутствии углерода в аноде эта побочная реакция должна быть устранена, что приведет к увеличению срока службы элемента.
    4. Безопасность: полимерный сепаратор и жидкий электролит, используемые в литий-ионных батареях, являются углеводородами и являются горючими.Для разжигания огня требуются три элемента: топливо, источник кислорода и источник тепла. Поскольку электролит — топливо — находится в непосредственном контакте с катодом, который представляет собой оксид, единственным другим элементом, необходимым для возникновения пожара, является источник тепла. Источником тепла могут быть многие условия неправильного использования, от внутренних коротких замыканий до несчастных случаев. Замена полимерного сепаратора на твердотельный керамический сепаратор, термически устойчивый к очень высоким температурам и не горящий (поскольку он уже окислился), снижает содержание топлива в ячейке и обеспечивает термически стабильный барьер между анодом и катодом.
    5. Стоимость: затраты на материалы, связанные с угольным анодом и процессом производства анодного электрода, можно исключить, заменив угольный анод литий-металлическим анодом. Кроме того, традиционный процесс формования, один из самых дорогостоящих этапов производственного процесса батареи, при котором собранные элементы должны храниться в течение нескольких недель, чтобы сформировать надлежащие границы раздела на частицах электрода и позволить выявить производственные дефекты. , можно существенно упростить.

    Задача

    Это обещание твердотельных литий-металлических батарей, и именно поэтому промышленность так воодушевлена ​​открывающимися возможностями. Однако создание твердотельного керамического сепаратора, необходимого для выполнения этого обещания, оказалось очень сложной задачей. В частности, такой сепаратор должен:

    (а) иметь литий-ионную проводимость, аналогичную или лучше, чем у современных жидких электролитов;

    (b) быть химически и электрохимически устойчивым к металлическому литию; и

    (c) препятствуют образованию литий-металлических дендритов.

    Несмотря на десятилетия работы, промышленность не нашла сепараторных материалов, отвечающих этим требованиям.

    Сравнение материалов сепараторов

    Были опробованы многие классы материалов сепараторов, но ни один из них не показал одновременного соответствия ключевым требованиям. К ним относятся:

    • Полимеры: литийпроводящие полимеры, такие как полиэтиленоксид, изначально считались кандидатами на роль твердотельного сепаратора. К сожалению, они, как правило, не отвечают всем трем требованиям, изложенным выше.Во-первых, их проводимость слишком низкая, поэтому для работы требуются повышенные температуры. Во-вторых, плохая стабильность полимеров при контакте с металлическим литием приводит к росту импеданса в течение срока службы и требует, чтобы в аноде использовалась литиевая фольга для подачи избыточного лития в элемент, что снижает плотность энергии и увеличивает стоимость. В-третьих, они слишком мягкие, чтобы предотвратить проникновение через них литий-металлических дендритов. Кроме того, они нестабильны при напряжении выше 3,8 вольт, что еще больше снижает плотность энергии из-за необходимости использования низкоэнергетического катодного материала.
    • Сульфиды: открытие профессором Рёдзи Канно в Японии в 2011 году сульфидов, проводящих литий, таких как LGPS, вызвало волнение, поскольку они обладают высокой проводимостью ионов лития, что соответствует требованию (а) выше. Однако они являются одними из наиболее термодинамически нестабильных из широко исследованных твердотельных электролитов — реагируют как на стороне катода высокого напряжения, так и на стороне лития низкого напряжения. Чтобы компенсировать эту реакционную способность, катодные материалы обычно имеют покрытие. К сожалению, эти покрытия часто повышают внутреннее сопротивление элемента и делают элемент неспособным работать при высокой мощности или низких температурах.Но самым фатальным оказалось то, что, несмотря на годы работы, сульфиды не предотвращают образование дендритов при низкой температуре и высокой скорости зарядки, что делает их просто непригодными для использования в коммерческих аккумуляторных системах для электромобилей.
    • Оксиды: за последние несколько десятилетий были открыты сепараторы из проводящего оксида лития, но, хотя некоторые оксиды обладают достаточной проводимостью и стабильностью по отношению к металлическому литию, обычные оксиды также не смогли подавить образование дендритов при требованиях к скорости заряда автомобилей.
    • Композиты: некоторые группы работали над композитами, состоящими из полимеров и керамики, в надежде, что они смогут объединить «лучшее из обоих миров» — простоту работы с полимерами и твердость керамики. К сожалению, такие подходы вместо этого приводят к «худшему из двух миров», что приводит к нестабильному материалу, который не может предотвратить образование дендритов, поскольку дендриты, кажется, растут через границу раздела между двумя материалами.
    • Жидкости: Некоторые группы продолжали работать над обычными жидкими электролитами, но этим усилиям по-прежнему мешает двойная проблема образования дендритов и роста импеданса в результате химической побочной реакции между жидкостью и металлическим литием.

    Важно отметить, что если у вас есть система, в которой используется какой-либо из вышеперечисленных материалов сепаратора, по-прежнему возможно изготовить ячейки и сообщить о результатах циклирования, но это циклирование должно выполняться в неблагоприятных условиях испытаний. В частности, ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых компромиссов:

    1. Углеродный или углеродно-кремниевый анод вместо металлического лития: возврат к размещенному аноду приносит в жертву преимущества литий-металлических анодов, такие как плотность энергии, быстрая зарядка, срок службы, безопасность и низкая стоимость.Таким образом, эти подходы не являются ступенчатым изменением производительности, необходимым для массового рынка электромобилей.
    2. Низкая плотность тока: при низкой плотности тока, например 1–2 мА/см2, даже жидкость может циклически циркулировать с металлическим литием. Однако такие низкие плотности тока непригодны для автомобильных приложений.
    3. Повышенные температуры или давление: при повышенных температурах металлический литий становится мягче и с меньшей вероятностью образует дендриты. Кроме того, высокие температуры повышают проводимость таких материалов, как полимеры и сульфиды, и снижают удельное сопротивление катодных покрытий.Однако требование повышенной температуры делает элемент непрактичным и слишком дорогим для большинства коммерческих применений. Повышенное давление также позволяет «сжать» литий в более гладкую структуру, но чрезмерно высокое давление, например выше 10 атмосфер, просто нецелесообразно даже в автомобильных приложениях.
    4. Низкий срок службы: из-за стохастической природы дендритов и прогрессивного характера роста импеданса многие элементы, изготовленные из материалов, не отвечающих вышеуказанным требованиям, могут выполнять несколько циклов, но недостаточно, чтобы быть коммерчески жизнеспособными, и элементы недостаточно надежен, чтобы его можно было использовать в реальных приложениях.
    5. Избыток лития на аноде: некоторые усилия начинаются с избыточного слоя лития на аноде, что упрощает процесс нанесения лития, но за счет плотности энергии и стоимости, что делает эти подходы также непрактичными для автомобильных приложений.

    Ключевые вопросы

    В последнее время было много объявлений и заявлений, касающихся твердотельных батарей. Первый вопрос, который следует задать при оценке заявлений о твердотельных элементах, заключается в том, используют ли элементы литий-металлический анод или обычный размещенный (углеродный или углеродно-кремниевый) анод.Если они используют размещенный анод, ключевые показатели производительности для этих батарей будут аналогичны обычным литий-ионным батареям и не будут реализовывать преимущества твердотельного литий-металлического подхода (значительно более высокая плотность энергии, быстрая зарядка, срок службы и Стоимость). Ряд недавних претензий попадают в эту категорию.

    Если в рассматриваемом твердотельном элементе используется литий-металлический анод, следующий вопрос, который необходимо задать, – сможет ли он работать в бескомпромиссных условиях испытаний, в том числе при температуре близкой и ниже комнатной и при высокой плотности тока (т.е., высокие показатели мощности, такие как 1-часовая зарядка или 15-минутная зарядка). В частности, какой срок службы обеспечивает элемент при температуре, близкой к комнатной (~ 30 °C), с автомобильной мощностью (> 3 мА/см2, необходимой для зарядки в течение одного часа)? Если клетки не могут работать в этих условиях, мы считаем, что они не являются коммерчески жизнеспособными. В эту категорию попадают и многие другие анонсированные твердотельные литий-металлические устройства.

    Подход QuantumScape

    Многие твердотельные объявления либо вообще не показывают никаких данных, либо упускают некоторые из вышеперечисленных параметров, когда сообщают данные, оставляя в лучшем случае неполную картину.В QuantumScape мы разработали твердотельный керамический сепаратор, способный удовлетворить эти требования, не требуя описанных выше скомпрометированных условий испытаний. Мы представили данные, показывающие, что однослойные версии наших твердотельных литий-металлических элементов могут выполнять более 1000 циклов и сохранять более 90 % своей начальной энергии при циклировании с агрессивными значениями мощности 1 C, температурой, близкой к комнатной, и умеренным давлением. . Совсем недавно мы представили данные, показывающие, что многослойные клетки проходят около 800 циклов с аналогичным сохранением емкости.

    Мы собрали данные о ключевых показателях производительности по основным технологиям твердотельных аккумуляторов на основе информации, которую нам удалось получить, сделать вывод или извлечь из опубликованных материалов и презентаций.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.