Что заливают в аккумулятор: Что доливать в аккумулятор, воду или электролит – мнение эксперта

Содержание

пошаговая инструкция, особенности и рекомендации

Аккумулятор – один из важнейших элементов в любом автомобиле. Именно он подает пусковой ток на стартер, который в дальнейшем крутит коленвал и запускает двигатель. Аккумуляторы могут находиться в разных местах – под капотом, в багажнике, а на грузовых авто и вовсе на раме. Но, вне зависимости от типа автомобиля, АКБ имеет свойство стареть. И одна из самых распространенных ситуаций – испарение электролита. Что делать в такой ситуации? Можно ли залить воду в аккумулятор? Узнаем в нашей сегодняшней статье.

Как меняется структура электролита

Прежде чем разобраться, что можно залить в аккумулятор, рассмотрим процессы, что происходят внутри АКБ при разрядке и зарядке. Это поможет избежать ошибок при добавлении в него жидкости.

Итак, в автомобильных аккумуляторах содержится 65 процентов дистиллированной воды. Остальная часть – это серная кислота. При таком соотношении плотность электролита составляет около 1,28 грамма на кубический сантиметр (погрешность – до трех процентов). Это оптимальный уровень, при котором выдается нужное напряжение. Отметим, что во время зарядки температура данной жидкости увеличивается. Этот процесс называется электролизом. Во время зарядки аккумулятора выделяется газ. При этом часть воды испаряется. Меняется и концентрация кислоты. Плотность электролита увеличивается. На первый взгляд может показаться, что это хорошо. На самом деле, высокая плотность приводит к снижению емкости батареи.

Если рассматривать современные необслуживаемые АКБ, они имеют герметичный закрытый корпус. Так, испарившаяся вода после зарядки превращается в конденсат. И через некоторое время она стекает обратно в «банку» (это отверстия в батарее). Характеристики раствора не меняются и плотность остается на прежнем уровне. Такая АКБ способна служить достаточно долго – до пяти и более лет. Но если герметичность корпуса нарушается, уровень дистиллята падает. Это негативно сказывается на ресурсе АКБ и ее емкости.

Стоит рассказать еще об одном факторе, который называется сульфатация раствора. Это процесс, в котором соли от кислоты начинают оседать на самих свинцовых пластинах. Обычно такое случается при подаче тока большой силы или при длительном простое аккумулятора (два месяца или дольше). Сульфатация также приводит к уменьшению емкости батареи и к снижению концентрации кислоты. Поэтому чтобы продлить жизнь аккумулятору, нужно регулярно следить за концентрацией раствора внутри и при необходимости пополнять его уровень.

Вода или электролит?

Открутив крышку банки аккумулятора, мы обнаруживаем, что уровень раствора существенно упал. Но чем его пополнить? Нужно руководствоваться плотностью жидкости. Нельзя сразу лить электролит в надежде, что АКБ снова будет исправно брать зарядку. Неправильно растворив жидкость, можно только приблизить батарею к ее смертельному исходу. Произойдет сульфатация пластин, причем в ускоренном виде. Количество кислоты в каждой банке увеличится, и пластины начнут попросту осыпаться.

Что заливают в аккумулятор, который был с пустыми банками или прослужил уже более трех лет? В таком случае его можно восстановить, залив электролит. Но не факт, что такой аккумулятор будет работать еще три года. В большинстве случаев это является временной мерой. Если же плотность выше нормы, добавьте еще дистиллированной воды.

Как правильно залить аккумулятор, если повышена плотность?

Для этого АКБ нужно достать с автомобиля и установить на ровную поверхность. Важно очистить его верхнюю часть от грязи и масла (если таковое имеется). Далее шлицевой отверткой открутить пластиковые крышки каждой банки и при помощи ареометра замерить плотность.

Также стоит обратить внимание на цвет электролита. Он не должен быть темным или содержать мелкие отложения (это свидетельствует о начале распада пластин). Если плотность выше, чем 1,35 грамма на кубический сантиметр, ее необходимо понизить. Что заливают в аккумулятор в таком случае? В данной ситуации банки нужно разбавить дистиллированной водой. После того как ею наполнится каждая банка (добавлять лучше из шприца), следует установить батарею на зарядку. Обратите внимание: зарядка должна производиться с самой малой силой тока. Время операции – от двух до трех часов. После этого плотность снова нужно проверить ареометром, причем в каждой из шести банок. В идеале, данный параметр должен составлять от 1,27 до 1,29 грамма на кубический сантиметр. если получилось слишком низкое напряжение, не стоит паниковать. Возможно, аккумулятор недозарядился или слишком нагретый. Окончательно кислота перемешивается с водой через три часа при температуре 20 градусов Цельсия.

Обратите внимание: нельзя заливать новый электролит в АКБ, если у вас недостаточный уровень жидкости в банках. Помните, что испаряется в банках только вода. Кислота намного тяжелее и при любых обстоятельствах будет находиться внизу. Что заливать в аккумулятор? В таком случае можно использовать лишь дистиллированную воду. Сколько заливать в аккумулятор ее, зависит от текущего уровня. Он должен быть одинаковым на всех банках (на максимальном уровне).

Если плотность упала

Что заливать в аккумулятор? В таком случае нельзя добавлять воду. Это лишь усугубит ситуацию. Единственное правильное решение – заливка электролита. Перед операцией следует обязательно произвести контрольный замер. Производится он тем же ареометром. Если полученное значение составляет 1,25 грамма на кубический сантиметр или ниже, стоит повысить его путем использования нового электролита. Плотность последнего должна быть около 1,27 грамма. Какой объем использовать? С помощью спринцовки нужно выкачать по максимуму старую жидкость из первой банки и вылить ее в мерный стаканчик или пробирку. Нам важно узнать, сколько раствора было изъято из первой банки. Этот объем нужно записать где-нибудь в блокноте. Объем нового раствора должен быть вдвое меньше, чем тот, что мы изъяли.

Что далее?

Если результат составил меньше нормы (до 1,25), следует повторить операцию еще раз. Также отметим, что при добавлении электролита АКБ тоже ставится на зарядку. Технология такая же, как и в случае с добавлением дистиллированной воды. Время зарядки – от двух до трех часов. По истечении данного времени производим еще один контрольный замер. Если показатель ниже 1,28 нужна кислота с плотностью 1,4 грамма на кубический сантиметр.

О промывке

Ранее мы отметили, что при замерах можно обнаружить непрозрачную жидкость. Это говорит о том, что в растворе имеются разрушенные частицы свинцовых пластин. Если производить восстановление АКБ, их нужно удалить в полной мере. Что заливать в аккумулятор? Для начала нужно использовать дистиллированную воду. Ею наполняем все поврежденные банки, закрываем крышку и тщательно перемешиваем. Не бойтесь переворачивать АКБ вверх ногами.

Так мы лучше очистим внутренности банки от грязи. После смешивания выливаем обратно всю грязь. Что заливать в аккумулятор далее? Еще раз используем воду. Как залить воду в аккумулятор, мы уже знаем. Если после повторного перемешивания она не поменяла цвет, значит, мы удалили всю грязь из пластин. Теперь можно смело заливать сюда электролит и мерить плотность. Путем корректировки уровня воды и электролита мы достигнем идеального значения в 1,28 грамма на кубический сантиметр.

Обратите внимание

Если в банках образовалась буквально черная вода, скорее всего, пластины не подлежат восстановлению. Такую батарею проще заменить на новую. Восстановить свинец в домашних условиях невозможно.

Подводим итоги

Таким образом, мы можем самостоятельно восстановить аккумулятор и вернуть ему былую жизнь. Как залить электролит в аккумулятор, вы уже знаете. Если плотность электролита станет около 1,28, такая АКБ прослужит еще некоторое время. Насколько долго ее хватит? Это уже зависит от состояния свинцовых пластин. Если они уже начали осыпаться, эффект будет коротким – до нескольких месяцев. Но если цвет раствора не менялся, такая батарея прослужит исправно минимум год.

Что заливают в аккумулятор | AKBInfo RU

В настоящей заметке мы немного поговорим о том, что за раствор заливают в аккумулятор. Как известно, помимо разноимённых пластин в корпусе аккумулятора находится электролит. Без него невозможна электрохимическая реакция и выработка электрического тока.

Что представляет собой электролит

Электролит ─ это водный раствор серной кислоты (h3SO4). Требуемая плотность электролита в стартерных свинцово-кислотных аккумуляторах составляет от 1,275 до 1,29 гр/см3. Электролит приготавливается из аккумуляторного сорта серной кислоты. Её концентрация составляет 92─94%. Величина плотности ─ 1,835 гр/см3. Среди прочих сортов серной кислоты можно назвать следующие.

· Нитрозная.

· Контактная.

· Олеум.

· Высокопроцентный олеум.

Участие серной кислоты в работе аккумулятора

Если вкратце, то устройство автомобильной АКБ следующее. Имеются положительные электроды с активной массой из диоксида свинца (PbO2) и отрицательные с намазкой пористого свинца (Pb). Они разделены сепараторами из полиэтилена и погружены в электролит.

При разряде аккумулятора на положительном электроде происходит выделение сульфата свинца (PbSO4) и воды (h3O). На отрицательных пластинах также идет выделение сульфата свинца с отдачей свободных электронов. Так поддерживается электрический ток.

При разряде аккумуляторной батареи идет расход серной кислоты и понижение плотности электролита. Разряд обычно идёт до плотности 1,15 гр/см3. При заряде процесс на электродах идет в обратном направлении. Сульфат свинца растворяется с образованием серной кислоты, плотность электролита увеличивается. На полностью заряженном аккумуляторе плотность будет 1,27─1,29 гр/см3.

Что нужно знать об электролите при обслуживании автомобильного аккумулятора

Здесь важны два момента.

· Контроль уровня электролита. Нужно следить, чтобы уровень был на 10-15 мм выше верхней точки пластин. И ни в коем случае не нужно допускать их оголения. Поэтому постоянный контроль и доливка дистиллированной воды.

· Контроль плотности. После зарядки нужно измерять плотность. Как уже было сказано, нормальное значение 1,27─1,29 гр/см3. Если плотность слишком низкая, то её нужно повышать зарядкой. А если при заряде не набирает, то можно корректировать откачкой и доливкой серной кислоты более высокой концентрации.

Удачи! Пишите в комментариях, занимаетесь ли контролем уровня и плотности электролита при эксплуатации автомобильного аккумулятора.

Что заливают в аккумулятор автомобиля?

Аккумулятор – перезаряжаемая электрическая батарея автомобиля. Во время использования он стареет, в нем испаряется рабочая жидкость. О том, что нужно заливать в аккумуляторную батарею авто и как это делать правильно, пойдет речь в статье.

Какая жидкость в АКБ?

В АКБ автомобилей залито специальное вещество, называемое электролитом. Существует 2 типа электролита: кислотный и щелочной. Из двух разновидностей наиболее распространенным раствором является кислотный электролит. В его составе есть серная кислота и дистиллированная вода, пропорции которых составляют 35% и 65% соответственно. Это водный раствор серной кислоты, в производстве которого осуществляется распад кислотных молекул на ионы. Благодаря этому электролит наделяется электропроводящим свойством.

Аккумуляторная серная кислота – бесцветная маслянистая жидкость с оптимальной плотностью 1,830 г/см3. Может иметь примеси хлора, железа, марганца, мышьяка. Использование дистиллированной воды объясняется тем, что она не разрушает АКБ в отличие от водопроводной и речной.

Активные вещества накапливают и удерживают внутреннюю энергию источника питания. Жидкость обеспечивает запуск авто, на сегодняшний день она выпускается в разных вариациях, отличающихся между собой составными компонентами. Своевременный контроль ее количества и качества позволяет продлить срок службы аккумулятора, измеряемого числом циклов заряд-разряд.

Кислотный электролит обладает высоким уровнем КПД и низкой потерей заряда, если батарея бездействует. Он выдает высокий стартовый ток и отличается бюджетной ценой.

Однако рабочая жидкость чувствительна к температурным перепадам. Она неэкологична и нуждается в постоянном контроле плотности состава. Такая жидкость применяется в большинстве АКБ для современных авто. Она используется в обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторах. В первом случае выполняется замер плотности и долив нужной жидкости из-за большего испарения. Во втором – замена электролита по истечении гарантийного срока. У данных аккумуляторов цикл замкнут, он не нуждаются в проверке раствора.

Что можно долить?

Отечественные аккумуляторные батареи служат не более 2-х лет, импортные теряют работоспособность через 5-6 лет.

В АКБ автомобиля заливают электролит и дистиллированную воду. Заменить электролит самостоятельно нужно тогда, когда он стал негодным. Ухудшать параметры могут физико-механические процессы, из-за которых меняются плотность и сила тока. Электролит нужно добавить в АКБ перед зарядкой только тогда, когда снижена емкость. Это проверяется ареометром и актуально, когда замеры показывают понижение плотности в каждой емкости. В аккумуляторе может произойти сульфатация, из-за которой уменьшается концентрация соляной кислоты, снижается емкость батареи, и она выходит из строя.

Если жидкость, извлеченная из банок батареи, прозрачная и светлая, она подлежит вторичному использованию. При этом нужно добавить корректирующее вещество плотностью 1,4 г/см3. Учитывая, что концентрация раствора низкая, ее нужно довести до необходимых значений. Согласно общепринятой технологии выполняется замена слабой порции более концентрированным электролитом. Тип доливаемой жидкости зависит от причины, по которой в емкостях АКБ падает уровень рабочей среды.

Ошибка в диагностике чревата потерей работоспособности.

О неисправности говорят разные факторы: испарение, идущее из заливочных отверстий, перегретый аккумулятор в ходе работы авто, наличие электролита на корпусе аккумуляторной батареи.

Как правильно доливать?

При первых признаках неисправностей выполняется проверка АКБ, доливается электролит, выполняется подзарядка батареи.

Пренебрежение правилами обслуживания чревато потребностью в замене аккумулятора, что увеличит расходы владельца машины. Прежде чем выбрать то или иное решение, нужно проверить уровень раствора в банках обслуживаемого аккумулятора. В одних модификациях для этого предусмотрены специальные прозрачные окна в пластиковом корпусе устройства. Уровень кислоты должен соответствовать норме. Если он выше заданного значения, излишки объема убирают резиновой спринцовкой либо шприцем.

В традиционных АКБ приходится выкручивать пробки. В среднем к данной проверке прибегают не реже 1 раза за год. Оптимальное время – осень до похолодания, чтобы мотор и блок питания не подвергались высоким нагрузкам.

Уровень рабочей среды проверяется по следующей схеме:

  • выкручивают аккумуляторную крышку;
  • на дно погружают специальную мерную трубку d=5 мм;
  • пальцами прижимают отверстие снаружи;
  • вынимают трубку из банки аккумулятора;
  • выполняют сравнение уровня раствора с мерной шкалой.

Уровень жидкости доливается примерно на 10 см больше расположения свинцовых пластин и не менее 2 см до уровня крышек банок. Обычно у банок есть специальные метки, по которым можно ориентироваться. Нельзя допускать того, чтобы электроды находились над электролитом. Если они будут сухими, то не смогут хорошо накапливать заряд и будут быстро осыпаться. В будущем это станет причиной их выхода из строя.

Когда уровень ниже нормы, в раствор доливают дистиллированную воду.

Дистиллят продается на автозаправках либо в специализированных магазинах. В нем нет солей, вступающих в реакцию с кислотой, приводящих к образованию осадка, затрудняющего работу аккумулятора. Если возникают сомнения относительно того, какую жидкость добавлять в АКБ, нужно учесть: если произошло испарение дистиллированной воды, нужно добавить именно ее, чтобы добиться нужной плотности рабочей среды. Однако нельзя добавлять воду в АКБ, когда отмечается активная сульфатация либо иные химические процессы.

Перед заливкой АКБ устанавливают на ровную горизонтальную поверхность. Затем с верхней части убирают мусор и откручивают пробки. Обязательно обращают внимание на оттенок раствора, после доливки дистиллированной воды прибор заряжают малым током. Плотность проверяют не ранее чем через 2-3 часа после доливки. Если не выдержать время, показания не будут достоверными.

Несоответствие плотности может стать причиной выпадения свинцового осадка, привести к проблемам с запуском электродвигателя. Проверка плотности выполняется на заряженной батарее.

Проверка плотности

Чтобы выяснить, что именно долить в автомобильный аккумулятор, необходимо измерить плотность рабочего раствора. Это несложно сделать своими руками, используя ареометр в виде поплавка. Его погружают в жидкость и смотрят на глубину погружения. Кто-то выполняет замеры посредством мензурок, однако в их отсутствие подойдут и традиционные граненые стаканы либо стеклянные банки. В емкость аккуратно сливают немного раствора. Оптимальное значение, при котором электролит работает исправно, составляет 1,25-1,30 г/см3. Если среда плотная, ее разбавляют дистиллятом, если показатель плотности низкий – добавляют кислоту.

Рекомендуемая плотность для аккумулятора указывается в паспорте заводом-изготовителем. Важно учесть, что плотность электролита напрямую связана с температурой и уровнем заряда. Чем меньше температура, тем ниже плотность. При повышении она возрастает. Определять нормальные значения плотности надлежит при температуре +25 градусов Цельсия. Для достоверности измерений при любой температуре используют таблицу с поправками к показаниям используемого прибора.

Например, летом и в жару показатель плотности раствора не должен превышать 1,24 г/см3 (поправка +0,02). При умеренном климате эти значения поднимаются до 1,28 г/см3 (поправка 0-0,01). В холод и мороз плотность не должна превышать 1,34 г/см3 (поправка -0,04).

Для чего необходимо заливать дистиллированную воду в аккумуляторную батарею? | Статьи, обзоры | Статьи

Дистиллированная вода в источнике питания– это неизменная часть электрохимической жидкости, простыми словами электролита, какая осуществляет очень важную роль, а собственно образовывает состав нужной плотности и свойств. Если убрать воду из этого состава, аккумуляторная батарея будет функционировать с дефектами.

Как это понять? Тут все достаточно легко — электролит состоит из 35% серной кислоты и 65% дистиллированной воды. Если влить в источник питания примитивно серную кислоту, то ее «жесткая» концентрация просто-напросто расплавила бы все свинцовые пластины, но не сразу, а со временем. Вода уменьшает концентрацию до необходимо уровня, тогда кислота принимается функционировать в созидание, а не разрушение. К тому же, при таком соотношении, принимаются происходить процессы накопления электричества в электролите, при процессе заряжения. Что вслед за тем разрешит этот заряд расходовать.

Но что же такое дистиллированная вода?

Многие автолюбители, и не слышали никогда о дистиллированной воде, это не что другое, как обыкновенная вода. Однако, это абсолютно чистый состав воды, в общем два атома водорода и один кислорода. Отсутствуют абсолютно все примеси и соли – совершенная чистота.

Но почему же запрещается вливать в источник питания обыкновенную воду, например, из-под крана, ибо состав, какой протекает у нас с вами из-под крана, язык не повернется назвать «дистиллятором» ведь в составе не только h3O, но еще и огромное количество разнообразных примесей, в особенности солей, извести (в небольших скоплениях), хлора и еще много чего.

И если у вас хватит ума такую воду влить в источник питания, то готовитесь чистить свой аккумулятор, ибо все эти примеси сто процентов осядут на пластинах источника питания, а это в свою очередь повергнет аккумуляторную батарею к снижению емкость. Вот так вот, обыкновенная вода просто покалечит ваш источник питания, вследствие этого вливать ее не следует.

Соотношение

На данный момент, много кто может спросить —по каким причинам собственно такое соотношение кислоты и дистиллированной воды? В частности, иметься одна массовая доля кислоты и две массовые доли воды.

Производится по таким основаниям:

Кислоты должно быть довольно много, ибо при разряде источника питания она тратится, плотность электролита стремительно уменьшается – абсорбируются соли на пластины. А при процессе заряжения напротив тратится вода, плотность кислоты увеличивается или кислоты будет не мало, то процесс заряжения – разряжения будет не такой продуктивный. Вследствие этого на данный момент плотность многих источников питания равноценна приблизительно 1,27 г/см3.

Если же кислоты в источнике питания будет мало, то электролит просто-напросто застынет при малых температурах. А вот, если залить большое количеств кислоты, намного больше, то она вполне вероятно будет негативно воздействовать на пластины. Будет оседать намного большее количество солей, к тому же данная концентрация будет стремительнее рушить пластины аккумуляторной батареи.

Теперь, хочется сделать какое-то заключение на тему дистиллированной воды в источнике питания. В этом всем дорогие автолюбители, главное не забывайте дистиллированная вода в вашем источнике питания — это так сказать гарант продолжительного и продуктивного функционирования вашей дорогой аккумуляторной батареи, без нее нормальное функционирование без дефектов совсем не выйдет! Это необходимо понимать и не забывать, при испарении из банок непременно доливаем, и не обыкновенную воду из-под крана, а как раз «дистиллят» — тогда ваш аккумулятор будет работать долго и продуктивно, и точно весь заявленный производителем срок.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ


Что такое батарея? — Learn.sparkfun.com

Избранное Любимый 22

Введение

Батареи представляют собой набор из одной или нескольких ячеек, химические реакции которых создают поток электронов в цепи. Все батареи состоят из трех основных компонентов: анода (сторона «-»), катода (сторона «+») и электролита (вещество, которое химически реагирует с анодом и катодом).

Когда анод и катод батареи подключены к цепи, между анодом и электролитом происходит химическая реакция. Эта реакция заставляет электроны течь по цепи и возвращаться к катоду, где происходит другая химическая реакция. Когда материал в катоде или аноде расходуется или больше не может использоваться в реакции, батарея не может производить электричество. В этот момент ваша батарея «умерла».

Батарейки, которые необходимо выбрасывать после использования, известны как первичные батареи .Батареи, которые можно перезаряжать, называются вторичными батареями .

Литий-полимерные батареи, например, можно перезаряжать

Без батарей ваш квадрокоптер был бы привязан к стене, вам пришлось бы вручную заводить машину, а ваш контроллер Xbox должен был бы быть все время подключен к сети (как в старые добрые времена). Батареи предлагают способ хранения электрической потенциальной энергии в портативном контейнере.

Батарейки бывают разных форм, размеров и химического состава.

Изобретение современной батареи часто приписывают Алессандро Вольта. На самом деле все началось с удивительного происшествия, связанного с вскрытием лягушки.

Чему вы научитесь

В этом руководстве будут подробно рассмотрены следующие темы:

  • Как были изобретены батареи
  • Из каких частей состоит батарея
  • Как работает аккумулятор
  • Общие термины, используемые для описания батарей
  • Различные способы использования батарей в цепях

Рекомендуемое чтение

Есть несколько понятий, с которыми вы, возможно, захотите ознакомиться перед тем, как начать читать это руководство:


Хотите изучить различные батареи?

Мы вас прикроем!

Щелочная батарея 9В

В наличии ПРТ-10218

Это ваши стандартные 9-вольтовые щелочные батареи от Rayovac. Даже не думайте пытаться перезарядить их. Используйте их с…

1

История

Срок Батарея

Исторически слово «батарея» использовалось для описания «серии подобных объектов, сгруппированных вместе для выполнения определенной функции», как в артиллерийской батарее. В 1749 году Бенджамин Франклин впервые использовал этот термин для описания серии конденсаторов, которые он соединил вместе для своих экспериментов с электричеством.Позже этот термин будет использоваться для любых электрохимических элементов, соединенных вместе с целью обеспечения электроэнергии.

Батарея лейденской банки «конденсаторы», соединенные вместе
(Изображение предоставлено Alvinrune из Викисклада)

Изобретение батареи

В один роковой день в 1780 году итальянский физик, врач, биолог и философ Луиджи Гальвани препарировал лягушку, прикрепленную к медному крючку. Когда он коснулся лягушачьей лапки железным скальпелем, та дернулась.Гальвани предположил, что энергия исходит от самой ноги, но его коллега-ученый Алессандро Вольта считал иначе.

Вольта предположил, что импульсы лапок лягушки на самом деле вызываются различными металлами, пропитанными жидкостью. Он повторил эксперимент, используя ткань, смоченную в рассоле, вместо трупа лягушки, что привело к аналогичному напряжению. Вольта опубликовал свои открытия в 1791 году, а позже в 1800 году создал первую батарею, вольтов столб.

Вольтов столб, состоящий из стопки цинковых и медных пластин, разделенных тканью, пропитанной соляным раствором

Стопка

Volta страдала от двух основных проблем: из-за веса стека электролит вытекал из ткани, а особые химические свойства компонентов приводили к очень короткому сроку службы (около часа).Следующие двести лет уйдут на совершенствование конструкции Вольты и решение этих проблем.

Исправления в Вольтовом столбе

Уильям Круикшенк из Шотландии решил проблему утечки, положив гальваническую батарею на бок, чтобы сформировать «корытообразную батарею».

Батарея желоба решила проблему утечки вольтовой батареи

Вторая проблема, короткий срок службы, была вызвана разложением цинка из-за примесей и образованием пузырьков водорода на меди.В 1835 году Уильям Стерджен обнаружил, что обработка цинка ртутью предотвращает деградацию.

Британский химик Джон Фредерик Дэниелл использовал второй электролит, который реагировал с водородом, предотвращая отложения на медном катоде. Двухэлектролитная батарея Даниэля, известная как «ячейка Даниэля», станет очень популярным решением для обеспечения энергией зарождающихся телеграфных сетей.

Коллекция клеток Даниэля 1836 года

Первая аккумуляторная батарея

В 1859 году французский физик Гастон Планте создал батарею из двух скрученных листов свинца, погруженных в серную кислоту.При реверсировании электрического тока через батарею химия вернется в исходное состояние, создав таким образом первую перезаряжаемую батарею.

Позже, в 1881 году, Камиль Альфонс Фор усовершенствовал конструкцию Планте, превратив свинцовые листы в пластины. Эта новая конструкция упростила производство аккумуляторов, и свинцово-кислотные аккумуляторы получили широкое распространение в автомобилях.

-> Дизайн обычного «автомобильного аккумулятора» существует уже более 100 лет.
(Изображение предоставлено Эмилианом Робертом Виколом из Wikimedia Commons)

Сухая камера

Вплоть до конца 1800-х годов электролит в батареях находился в жидком состоянии.Это делало транспортировку батарей очень осторожным делом, и большинство батарей никогда не предназначалось для перемещения после подключения к цепи.

В 1866 году Жорж Лекланше создал батарею, используя цинковый анод, катод из диоксида марганца и раствор хлорида аммония в качестве электролита. В то время как электролит в элементе Лекланше все еще был жидким, химический состав батареи оказался важным шагом на пути к изобретению сухого элемента.

Карл Гасснер придумал, как создать электролитную пасту из хлорида аммония и гипса.Он запатентовал новую «сухую» батарею в 1886 году в Германии.

Эти новые сухие элементы, обычно называемые «цинково-угольными батареями», производились массово и пользовались огромной популярностью до конца 1950-х годов. Хотя углерод не используется в химической реакции, он выполняет важную роль электрического проводника в угольно-цинковой батарее.

-> 3-вольтовая угольно-цинковая батарея 1960-х годов
(Изображение предоставлено PhFabre из Викисклада) <-

В 1950-х годах Льюис Урри, Пол Марсал и Карл Кордеш из компании Union Carbide (позже известной как «Eveready», а затем «Energizer») заменили электролит хлорида аммония щелочным веществом на основе химического состава батареи, сформулированного Вальдемаром. Юнгнера в 1899 г.Щелочные сухие батареи могли удерживать больше энергии, чем угольно-цинковые батареи того же размера, и имели более длительный срок хранения.

Популярность щелочных батарей

возросла в 1960-х годах, они обогнали цинко-угольные батареи и с тех пор стали стандартными первичными элементами для потребительского использования.

-> Щелочные батареи бывают разных форм и размеров
(Изображение предоставлено Aney~commonswiki из Викисклада) <-

Аккумуляторы 20-го века

В 1970-х годах COMSAT разработал никель-водородную батарею для использования в спутниках связи.Эти батареи хранят водород в газообразной форме под давлением. Многие искусственные спутники, такие как Международная космическая станция, по-прежнему используют никель-водородные батареи.

Исследования нескольких компаний с конца 1960-х годов привели к созданию никель-металлогидридной (NiMH) батареи. NiMH аккумуляторы были выпущены на потребительский рынок в 1989 году и стали более дешевой альтернативой перезаряжаемым никель-водородным элементам.

Asahi Chemical из Японии выпустила первую литий-ионную батарею в 1985 году, а Sony создала первую коммерческую литий-ионную батарею в 1991 году. В конце 1990-х годов для литий-ионных аккумуляторов был создан мягкий и гибкий корпус, что привело к созданию «литий-полимерных» или «LiPo» аккумуляторов.

Химические реакции в литий-полимерном аккумуляторе практически такие же, как и в литий-ионном аккумуляторе

Очевидно, что было изобретено, произведено и устарело намного больше химических элементов аккумуляторов. Если вы хотите узнать больше о современных и популярных технологиях аккумуляторов, ознакомьтесь с нашим руководством по технологиям аккумуляторов.

Компоненты

Аккумуляторы

состоят из трех основных компонентов: анода , катода и электролита . Сепаратор часто используется для предотвращения соприкосновения анода и катода, если электролита недостаточно. Для хранения этих компонентов аккумуляторы обычно имеют какой-то кожух .

Хорошо, большинство аккумуляторов на самом деле не разделены на три равные части, но вы поняли. Лучшее поперечное сечение щелочной ячейки можно найти в Википедии.

И анод, и катод относятся к типам электродов . Электроды — это проводники, по которым электричество входит или выходит из компонента в цепи.

Анод

Электроны вытекают из анода в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет в анод.

На батареях анод помечен как отрицательная (-) клемма

В батарее химическая реакция между анодом и электролитом вызывает накопление электронов в аноде.Эти электроны хотят двигаться к катоду, но не могут пройти через электролит или сепаратор.

Катод

Электроны текут в катод в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет из катода.

На батареях катод обозначен как положительная (+) клемма

В батареях химическая реакция внутри или вокруг катода использует электроны, произведенные в аноде. Единственный способ для электронов добраться до катода — через цепь, внешнюю по отношению к батарее.

Электролит

Электролит — это вещество, часто жидкое или гелеобразное, способное переносить ионы между химическими реакциями, протекающими на аноде и катоде. Электролит также препятствует потоку электронов между анодом и катодом, так что электроны легче проходят через внешнюю цепь, а не через электролит.

-> Щелочные батареи могут вытекать из электролита, гидроксида калия, при воздействии сильного нагрева или обратного напряжения
(Изображение предоставлено Вильямом Дэвисом из Викисклада) <-

Электролит играет решающую роль в работе аккумулятора.Поскольку электроны не могут пройти через него, они вынуждены путешествовать по электрическим проводникам в виде цепи, соединяющей анод с катодом.

Сепаратор

Сепараторы представляют собой пористые материалы, препятствующие соприкосновению анода и катода, что может привести к короткому замыканию в батарее. Сепараторы могут быть изготовлены из различных материалов, включая хлопок, нейлон, полиэстер, картон и синтетические полимерные пленки. Сепараторы химически не реагируют ни с анодом, ни с катодом, ни с электролитом.

В гальваническом столбе использовалась ткань или картон (разделитель), пропитанные соляным раствором (электролитом), чтобы держать электроды друг от друга

Ионы в электролите могут быть положительно заряжены, отрицательно заряжены и могут иметь различные размеры. Могут быть изготовлены специальные сепараторы, которые пропускают одни ионы, но не пропускают другие.

Корпус

Большинству аккумуляторов нужен способ содержать химические компоненты. Корпуса, также известные как «корпуса» или «оболочки», представляют собой просто механические конструкции, предназначенные для удержания внутренних компонентов батареи.

Этот свинцово-кислотный аккумулятор имеет пластиковый корпус

Корпуса аккумуляторов могут быть изготовлены практически из чего угодно: пластика, стали, пакетов из мягкого полимерного ламината и так далее. В некоторых батареях используется проводящий стальной корпус, электрически соединенный с одним из электродов. В случае обычного щелочного элемента АА стальной корпус соединен с катодом.

Операция

Для работы батарей обычно требуется несколько химических реакций.По крайней мере, одна реакция происходит на аноде или вокруг него, и одна или несколько реакций происходят на катоде или вокруг него. Во всех случаях реакция на аноде производит дополнительные электроны в процессе, называемом окислением , а реакция на катоде использует дополнительные электроны во время процесса, известного как восстановление .

Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и электроны могут течь от анода к катоду. Эти электроны обеспечивают химические реакции на аноде и катоде.

По сути, мы разделяем определенный вид химической реакции, реакцию восстановления-окисления или окислительно-восстановительную реакцию, на две отдельные части. Окислительно-восстановительные реакции происходят, когда электроны переносятся между химическими веществами. Мы можем использовать движение электронов в этой реакции, чтобы течь за пределы батареи, чтобы питать нашу цепь.

Окисление анода

Эта первая часть окислительно-восстановительной реакции, окисление, происходит между анодом и электролитом и производит электроны (обозначены как e ).

В некоторых реакциях окисления образуются ионы, например, в литий-ионном аккумуляторе. В других химических реакциях расходуются ионы, как в обычной щелочной батарее. В любом случае ионы могут свободно проходить через электролит, а электроны — нет.

Катодное восстановление

Другая половина окислительно-восстановительной реакции, восстановление, происходит на катоде или вблизи него. Электроны, образующиеся в результате реакции окисления, расходуются при восстановлении.

В некоторых случаях, например, в литий-ионных батареях, положительно заряженные ионы лития, образующиеся в ходе реакции окисления, расходуются во время восстановления. В других случаях, например, в щелочных батареях, при восстановлении образуются отрицательно заряженные ионы.

Электронный поток

В большинстве батарей некоторые или все химические реакции могут происходить, даже если батарея не подключена к электрической цепи. Эти реакции могут повлиять на срок годности батареи.

По большей части реакции будут происходить в полную силу только тогда, когда между анодом и катодом замкнута электропроводящая цепь. Чем меньше сопротивление между анодом и катодом, тем больше электронов может протекать и тем быстрее происходят химические реакции.

Создание короткого замыкания в аккумуляторе (в данном случае даже случайного) может быть опасным. Известно, что литий-ионные батареи перегреваются и даже дымят или загораются при наличии короткого замыкания.

Мы можем пропустить эти движущиеся электроны через различные электрические компоненты, известные как «нагрузка», чтобы сделать что-то полезное. На моушн-графике в начале этого раздела мы зажигаем виртуальную лампочку нашими движущимися электронами.

Разряженная батарея

Химические вещества в батарее в конечном итоге достигнут состояния равновесия. В этом состоянии химические вещества больше не будут реагировать, и в результате батарея больше не будет генерировать электрический ток. В этот момент аккумулятор считается «разряженным».

Первичные элементы должны быть утилизированы, когда батарея разряжена. Вторичные элементы можно перезаряжать, и это достигается путем подачи обратного электрического тока через батарею.Перезарядка происходит, когда химические вещества выполняют еще одну серию реакций, чтобы вернуть их в исходное состояние.

Терминология

Люди часто используют общий набор терминов, когда говорят о напряжении батареи, емкости, возможности источника тока и так далее.

Сотовый

Элемент относится к одному аноду и катоду, разделенным электролитом, используемым для получения напряжения и тока. Аккумулятор может состоять из одной или нескольких ячеек. Например, одна батарея типа АА представляет собой одну ячейку. Автомобильные аккумуляторы содержат шесть ячеек по 2,1 В каждая.

Обычная 9-вольтовая батарея состоит из шести щелочных элементов 1,5 В, установленных друг над другом

Первичный

Первичные клетки содержат химию, которую нельзя обратить. В результате батарея должна быть выброшена после того, как она мертва.

Среднее

Вторичные элементы можно перезарядить и вернуть их химический состав в исходное состояние.Эти элементы, также известные как «перезаряжаемые батареи», можно использовать много раз.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение батареи – это напряжение, указанное производителем.

Например, щелочные батареи AA указаны как имеющие напряжение 1,5 В. В этой статье от Mad Scientist Hut показано, что их протестированные щелочные батареи начинаются с напряжения около 1,55 В, а затем постепенно теряют напряжение по мере разрядки. В этом примере номинальное напряжение «1,5 В» относится к максимальному или начальному напряжению батареи.

Этот аккумуляторный блок Storm для квадрокоптеров показывает кривую разрядки их LiPo элементов, начиная с 4,2 В и падая примерно до 2,8 В по мере разрядки. Номинальное напряжение, указанное для большинства литий-ионных и LiPo элементов, составляет 3,7 В. В этом случае номинальное напряжение «3,7 В» относится к среднему напряжению батареи в течение цикла ее разрядки.

Емкость

Емкость аккумулятора — это мера количества электрического заряда, который он может отдать при определенном напряжении. Большинство аккумуляторов рассчитаны на ампер-часы (Ач) или миллиампер-часы (мАч).

Этот аккумулятор LiPo рассчитан на 1000 мАч, что означает, что он может обеспечить 1 ампер в течение 1 часа, прежде чем он будет считаться разряженным.

Большинство графиков разряда батареи показывают напряжение батареи как функцию емкости, например, эти тесты батареи AA от PowerStream. Чтобы выяснить, достаточно ли емкости аккумулятора для питания вашей схемы, найдите минимальное допустимое напряжение и найдите соответствующее значение в мАч или Ач.

C-рейтинг

Многие аккумуляторы, особенно мощные литий-ионные аккумуляторы, выражают ток разряда как «C-Rate», чтобы более четко определить атрибуты аккумулятора.C-Rate — это скорость разряда относительно максимальной емкости аккумулятора.

1C – это величина тока, необходимая для разрядки аккумулятора за 1 час. Например, батарея емкостью 400 мАч, обеспечивающая ток 1С, будет обеспечивать 400 мА. 5С для той же батареи будет 2 А.

Большинство аккумуляторов теряют емкость при повышенном потреблении тока. Например, этот информационный график продукта от Chargery показывает, что их аккумулятор LiPo имеет меньшую емкость мАч при более высоких показателях C-Rate.

ПРИМЕЧАНИЕ: Общий совет гласит, что вы должны заряжать аккумуляторы LiPo при температуре 1C или меньше.


В Массачусетском технологическом институте есть прекрасное руководство по спецификациям аккумуляторов и терминологии, которое идет гораздо дальше этого обзора.

Использование

Одноэлементный

Некоторые схемы могут питаться от одного элемента, но убедитесь, что батарея может обеспечивать достаточное напряжение и ток.

Этот Photon Battery Shield питается от одного элемента LiPo

Если напряжение слишком высокое или слишком низкое для вашей схемы, вам, вероятно, понадобится преобразователь постоянного тока в постоянный.

Серия

Чтобы увеличить напряжение между клеммами батареи, вы можете соединить элементы последовательно. Серия означает укладку элементов встык, соединяя анод одного с катодом следующего.

Соединяя аккумуляторы последовательно, вы увеличиваете общее напряжение. Добавьте напряжение всех ячеек, чтобы определить рабочее напряжение. Емкость остается прежней.

В этом примере последовательно соединены четыре элемента по 1,5 В.Напряжение на нагрузке составляет 6 В, а общий комплект аккумуляторов имеет емкость 2000 мАч.

В большинстве устройств бытовой электроники, в которых используются щелочные батареи, батареи устанавливаются последовательно. Например, этот держатель для двух батарей типа АА может повысить номинальное напряжение до 3 В для проекта.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы заряжаете литий-ионные или LiPo аккумуляторы последовательно, вам необходимо обязательно использовать специальную схему, известную как «балансир», чтобы обеспечить постоянное напряжение между элементами.Некоторые зарядные устройства, такие как это, имеют балансиры для безопасной зарядки.

Параллельный

Если напряжение одного элемента соответствует нагрузке, вы можете добавить батареи параллельно, чтобы увеличить емкость. Обратите внимание, что это также означает увеличение доступного тока (C-Rate).

Будьте осторожны при параллельном подключении аккумуляторов! Все элементы должны иметь одинаковое номинальное напряжение и одинаковый уровень заряда. Если есть какие-либо перепады напряжения, может произойти короткое замыкание, что приведет к перегреву и возгоранию.

В этом примере четыре элемента на 1,5 В соединены параллельно. Напряжение на нагрузке остается на уровне 1,5 В, но общая емкость увеличивается до 8000 мАч.

Серия

и параллельный

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость, вы можете комбинировать последовательные и параллельные батареи. Еще раз убедитесь, что уровень напряжения для батарей, включенных параллельно, одинаков, так как может произойти короткое замыкание.

В этом примере общее напряжение на нагрузке составляет 3 В, а общая емкость аккумуляторов составляет 4000 мАч.

В больших аккумуляторных блоках, особенно литий-ионных, вы часто видите конфигурацию, указанную с использованием букв «S» и «P» для последовательного и параллельного подключения. Конфигурация схемы выше — 2S2P. В качестве практического примера современные электромобили используют массивные батареи, соединенные последовательно и параллельно.

Ресурсы и дальнейшее продвижение

К этому моменту вы уже должны понимать, как были изобретены батареи и как они работают. Батареи — это один из способов обеспечения электроэнергией вашего проекта, и они могут быть невероятно полезны, если вам нужен портативный источник питания.

Если вы хотите узнать больше об аккумуляторах, вот еще несколько руководств:

Хотите увидеть батареи в действии? Взгляните на эти проекты, в которых используются разные батареи в разных конфигурациях:

Беспроводная связь Саймона Сплозиона

В этом учебном пособии демонстрируется одна из многих техник «взлома» Саймона. Мы расскажем, как взять ваш Simon Says Wireless.

Что внутри батареи

Главная » Что внутри батареи?

Что внутри батареи?

Обычная батарея требует 3 частей для производства электричества:

  • Анод — отрицательная сторона аккумулятора
  • Катод — положительная сторона аккумулятора
  • Электролит — химическая паста, которая разделяет анод и катод и преобразует химическую энергию в электрическую

Внутри каждой батареи есть восстанавливаемые ресурсы, независимо от ее типа

Возьмем, к примеру, одноразовую щелочную батарейку. Это неперезаряжаемые батареи типа AAA, AA, C, D, 9 вольт и различных размеров таблеточных элементов.

В среднем 25% батареи состоит из стали (корпус). Знаете ли вы, что сталь можно перерабатывать бесконечно? Наш механический процесс позволяет восстановить 100% стали в каждой батарее для повторного использования.

Батарея на 60% состоит из комбинации таких материалов, как цинк (анод), марганец (катод) и калий. Все эти материалы являются земными элементами. Эта комбинация материалов на 100% регенерируется и повторно используется в качестве микроэлемента при производстве удобрений для выращивания кукурузы.

Остальные 15% по весу составляют бумага и пластик (этикетка и защитная крышка). Эти материалы отправляются на производство энергии из отходов для производства электроэнергии.

Когда вы перерабатываете свои щелочные батареи в Raw Materials Company, вы можете быть уверены, что 100% каждой батареи используется повторно, и никакие материалы не будут выброшены на свалку.

 

 

Вы живете в Онтарио, Канада?  

Если это так, вы можете поискать ближайший к вам магазин по переработке аккумуляторов.Просто введите свой почтовый индекс или название города в наш инструмент поиска. Если вы живете за пределами Онтарио, обратитесь в местный муниципалитет, чтобы найти ближайший к вам пункт утилизации.


Спасибо

Мы получили ваше сообщение и ответим вам в ближайшее время.

Быстрые ссылки

Для вашего удобства, вот список важных ссылок, связанных с этой страницей.


Знаете ли вы?

Свинцово-кислотные аккумуляторы — самые старые перезаряжаемые аккумуляторы, используемые до сих пор.В Канаде более 98% всех свинцово-кислотных аккумуляторов перерабатываются.

Узнайте больше о нашей технологии и о том, как вместе мы превращаем отходы в ценный ресурс.

Литий-ионный аккумулятор — Институт чистой энергии

Основные результаты исследований

Один из способов, с помощью которого CEI работал над достижением этой цели, заключается в прямой визуализации, в частности, с использованием рентгеновской спектроскопии. Недавно в лаборатории профессора Джерри Зайдлера был разработан метод проведения рентгеновской спектроскопии ближней краевой структуры (XANES) на рабочем столе.Этот метод может позволить относительно подробные измерения определенных характеристик внутреннего состояния батареи без необходимости вскрывать ее и, таким образом, нарушать работу системы. Раньше XANES можно было реализовать только с чрезвычайно высоким потоком излучения от таких инструментов, как синхротрон. Это чрезвычайно большие и дорогие установки стоимостью до 1 миллиарда долларов, которые пользуются таким большим спросом среди ученых, что многомесячные списки ожидания становятся нормой. Используя преимущества новых передовых оптических технологий, лаборатория Зайдлера смогла изготовить небольшой прибор стоимостью 25 000 долларов, который может имитировать измерения, проводимые на синхротроне. С помощью этого нового инструмента ученые могут получать результаты в течение нескольких часов без значительного времени ожидания, что значительно увеличивает скорость разработки нестандартных технологий.

Еще один аспект исследования аккумуляторов CEI включает создание физических, математических и вычислительных моделей внутреннего состояния аккумулятора. Это может помочь оптимизировать производительность батареи и циклы зарядки/разрядки, а также прогнозировать и предотвращать опасные отказы батареи. Профессор Венкат Субраманян, заведующий Лабораторией моделирования, анализа и управления технологическими процессами электрохимических систем (М.A.P.L.E.), разрабатывает и переформулирует физические модели батарей, а также работает над методами моделирования и решения этих моделей с большей эффективностью и точностью. Создав более эффективную, универсальную и точную модель технологии литий-ионных аккумуляторов, M.A.P.L.E. Исследования лаборатории могут помочь в разработке аккумуляторов более точно для более безопасной и эффективной работы.

Другие фокусы

Большая часть текущих исследований CEI направлена ​​на разработку способов лучшего понимания и управления важными внутренними состояниями литий-ионных аккумуляторов.Понимание внутренней работы батареи имеет важное значение для улучшения конструкции и оценки режимов ее отказа.

Еще один крупный компонент исследований CEI включает разработку новых материалов для улучшения характеристик аккумуляторов. В центре внимания CEI находятся как наука о материалах высокого уровня, такая как разработка и замена альтернативных материалов в литий-ионных батареях, так и характеристика и проектирование наноструктурированных материалов или материалов, свойства которых определяются даже с точностью до нанометра. .Исследователи CEI также изучают материалы, которые могут предложить альтернативу технологиям литий-ионных аккумуляторов.

Кремний исследуется в качестве анодного материала, поскольку он может образовывать трехмерную клетку, обладающую большей способностью поглощать литий.

границ | Взгляд на проблему газообразования литий-ионной батареи

Газообразование (а именно, объемное вздутие батареи, или газовыделение) является распространенным явлением ухудшения характеристик батареи, которое обычно является результатом разложения электролита, происходящего в течение всего срока службы литий-ионных батарей, независимо от того, батарея в рабочем состоянии или нет.Неправильные условия, такие как перезарядка и перегрев, усугубляют выделение газов или даже приводят к катастрофическим авариям. При перезарядке газообразование происходит в основном за счет электрохимического окисления растворителей электролита на катоде, при этом ионы Li + из электролита восстанавливаются до металлического Li на аноде. При перегреве газообразование происходит не только за счет окислительно-восстановительного разложения, но и за счет химического разложения растворителей электролитов как на аноде, так и на катоде, помимо расширения паров летучих растворителей электролитов. В этой статье будет рассмотрено только образование газа, происходящее при нормальных условиях эксплуатации и хранения.

Предполагая, что литий-ионная батарея хорошо формируется при производстве и правильно эксплуатируется в процессе эксплуатации, образование газа можно объяснить химическим разложением и окислительно-восстановительным разложением растворителей электролита на аноде и катоде. Химическое разложение диалкилкарбонатных растворителей дает эфир и CO 2 , как описано уравнением.1, которая может иметь место как на аноде, так и на катоде. Полученный CO 2 может быть восстановлен до CO при потреблении ионов Li + , которые в конечном итоге образуются на катоде либо в результате химического восстановления (уравнение 2), либо путем электрохимического восстановления (уравнение 3) на анод.

СО2+2LiC6→Li2O+C6+CO (2) CO2+2Li++2e→Li2O+CO (3)

Таким образом, CO 2 и CO часто сосуществуют внутри батареи. В частности, химическое разложение увеличивается с температурой, а окислительно-восстановительное разложение увеличивается с уровнем заряда (SOC) батареи. Химическое разложение карбонатных растворителей катализируется анодом, катодом, проводящим углеродом и частицами примесей и продолжается в течение всего срока службы литий-ионной батареи. Поскольку катализатор можно эффективно дезактивировать очень небольшими количествами отравляющих веществ, добавки к электролиту оказываются очень эффективными в подавлении газообразования.

Для газообразования, вызванного окислительно-восстановительным разложением электролитов-растворителей на двух электродах, на рис. 1 показано, что степень набухания элемента графит/LiCoO 2 остается почти постоянной, когда SOC ниже 80%, однако резко возрастает по мере SOC превышает 80% (Lee et al., 2003). Профили потенциальной емкости процесса зарядки показывают, что потенциал графитового анода очень плоский при ~ 0,25 В по сравнению с Li / Li + , тогда как потенциал катода LiCoO 2 линейно увеличивается с SOC (Zhang et al. ., 2006). Это наблюдение предполагает, что газообразование ниже 80% SOC может быть связано с восстановлением растворителей электролита на аноде, а повышенное газообразование выше 80% SOC — с окислением электролитов-растворителей на катоде. Генерация окислительно-восстановительного газа тесно связана с материалами анода и катода, которые обсуждаются ниже.

Рис. 1. Тенденция зависимости коэффициента набухания от SOC для графита/LiCoO 2 призматических ячеек, хранившихся при 90°C в течение 4 часов .По данным Lee et al. (2003).

На аноде

В газах от графитового анода преобладают восстановительные газы, такие как H 2 , CO, олефины и алканы. Слабо окислительный CO 2 обычно является продуктом каталитического разложения карбонатных растворителей. На восстановление растворителей-электролитов значительное влияние оказывает интерфейс твердого электролита (SEI) на поверхности графита, который образуется в результате электрохимического восстановления растворителей-электролитов или добавок при более высоких потенциалах, чем при интеркаляции ионов Li + в графит. .Газы, образующиеся при образовании SEI, дегазируются перед герметизацией батареи. Дальнейшее газообразование сопровождается ростом SEI за счет паразитного восстановления растворителя или выхода из строя предварительно сформированного SEI. Следовательно, формирование надежного SEI является ключом к подавлению газообразования на аноде на основе графита. Особенно важно отметить, что выделение газа из анода Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) происходит из-за внутренней окислительно-восстановительной реакции между LTO и карбонатными растворителями на границе LTO–электролит (He et al. ., 2012). Окислительно-восстановительная реакция, с одной стороны, дает H 2 , CO и CO 2 , а с другой стороны трансформирует решеточную структуру поверхности LTO из плоскости (111) в плоскость (222), что приводит к образованию новая фаза TiO 2 . Поверхностное покрытие с наноразмерными углеродными частицами очень эффективно подавляет межфазную реакцию и образующееся в результате газообразование на аноде LTO.

На катоде

В газах с катода преобладает умеренно окислительный CO 2 , который может образовываться как при окислительном, так и при химическом разложении электролитов-растворителей.Литированные оксиды переходных металлов имеют очень сильную щелочность. Даже при кратковременном контакте с воздухом они быстро поглощают CO 2 и H 2 O с образованием Li 2 CO 3 и LiOH, что приводит к удалению ионов Li + с поверхности частиц катода. , который изменяет не только химический состав, но и решеточную структуру поверхности частиц катода. Карбонаты щелочных металлов (M 2 CO 3 , M = K, Na и Li) являются известным катализатором для прямого синтеза диалкилкарбонатов из CO 2 и спирта (Yang et al., 2013). По тому же принципу Li 2 CO 3 на поверхности частиц катода может катализировать и участвовать в химическом разложении диалкилкарбонатных растворителей с образованием CO 2 , как показано в уравнении. 4. Кроме того, Li 2 CO 3 может реагировать с LiPF 6 из электролита с образованием CO 2 , как описано в уравнении 5.

Li2CO3+LiPF6→2LiF+LiPOF4+CO2 (5)

В качестве доказательства вышеуказанных реакций показано, что простое удаление Li 2 CO 3 с поверхности LiNi 0.83 Co 0,15 Al 0,02 O 2 катодные частицы путем промывки водой могут значительно снизить газовыделение катода (Kim et al., 2006). Чтобы уменьшить газообразование, вызванное Li 2 CO 3 , следует максимально избегать воздействия воздуха при хранении катодных материалов, а также в процессах нанесения покрытия и сушки катодных листов.

Другой природой катодных материалов является растворение ионов переходных металлов в растворе электролита (далее для простоты именуемое «растворение металла») при циклировании и хранении литий-ионных аккумуляторов, что ранее приписывалось HF- вспомогательное диспропорционирование ионов Mn 3+ для шпинели LiMn 2 O 4 катод. В дополнение к тем, которые остаются в растворе электролита, растворенные ионы металлов также включаются в ИЭВ двух электродов, соединяясь с молекулярными фрагментами разложения растворителя на электродах (как катоде, так и на аноде) или восстанавливаясь в металл на анод, что приводит к увеличению сопротивления SEI (Xu, 2014). Интересно отметить, что растворение металла сильно зависит от SOC, демонстрируя резкое увеличение по мере приближения SOC к концу зарядки (Terada et al., 2001; Печонка и др., 2013). Это открытие показывает, что растворение металла также связано с прямым окислительно-восстановительным потенциалом между делитированным катодным материалом (например, MnO 2 для LiMn 2 O 4 ) и электролитными растворителями. Сравнение предыдущих результатов (Terada et al., 2001; Lee et al., 2003) указывает на прекрасную соответствующую корреляцию между диаграммой набухания-SOC и диаграммой растворения металла-SOC, предполагая, что растворение металла должно сопровождаться выделением газа. поколение.Следовательно, стратегии подавления растворения металла также применимы для уменьшения газообразования. Наиболее эффективным подавлением было бы покрытие катода более стабильными соединениями, такими как оксид металла, галогенид, фосфат и предпочтительно твердый электролит (Li et al., 2013). Другим преимуществом поверхностного покрытия является снижение основности поверхности частиц катода, что способствует уменьшению поглощения CO 2 катодом и повышению химической стабильности связующего PVdF, который в противном случае подвергается дегидрофторированию в сильнощелочных средах (Диас и Маккарти). , 1985).Помимо газообразования, вызванного примесью Li 2 CO 3 , и растворения металла, каждый тип катодных материалов влияет на газообразование по-своему, что обсуждается соответственно ниже.

Слоистые катодные материалы

Газообразование из слоистых катодных материалов в основном связано с выделением O 2 и растворением металла. Слоистые катодные материалы, такие как LiCoO 2 , никель-кобальт-алюминий (NCA), никель-марганец-кобальт (NMC) и семейство богатых литием твердых растворов оксидов переходных металлов с общей формулой x Li 2 MnO 3 . (1 − x )LiMO 2 (M = Co, Mn, Ni), не имеют явного подъема потенциала, который можно использовать для определения полностью заряженного состояния (т. е. окончания зарядки) с помощью зарядного устройства. По мере обслуживания импеданс батареи постепенно увеличивается из-за роста SEI на аноде и катоде, который тем временем потребляет ионы Li + с катода. В результате отношение емкости катода к аноду уменьшается, так что катод может быть легко перезаряжен, если протокол зарядки не регулируется в соответствии с состоянием батареи в реальном времени.Перезарядка приводит к выделению O 2 , в ходе которого промежуточный анион-радикал кислорода может нуклеофильно атаковать диалкилкарбонатные растворители с образованием CO 2 и других нерастворимых продуктов, как это происходит в литий-воздушных батареях (Freunberger et al. , 2011). ), при этом нерастворимые продукты дополнительно способствуют росту резистивного SEI на катоде. Эволюция O 2 приводит к чистой потере Li 2 O и, следовательно, изменяет структуру решетки катодных материалов, как описано уравнением.6:

LixMO2−4δe−→Lix−4δMO2−2δ+4δLi++δO2 (6)

Так как «4δLi + + δO 2 » в части произведения уравнения. 6 эквивалентен «2δLi 2 O – 4δe », чистым результатом эволюции O 2 является потеря Li 2 O. Вместе с эволюцией O 2 высвобождается Li Ионы + включаются в состав ИЭВ катода, что приводит к росту ИЭВ катода и способствует необратимой перезарядной емкости.Таким образом, выделение O 2 , вызванное перезарядкой, является источником не только газообразования, но и роста SEI на катоде. В частности, зарядные потенциалы Li-rich x Li 2 MnO 3 . (1 − x )LiMO 2 (M = Co, Mn, Ni) твердые растворы выше 4,6 В по сравнению с Li/Li + . Даже в нормальном рабочем диапазоне потенциалов (2,0–4,6 В) выделение O 2 неизбежно, что приводит к необратимой структурной трансформации решетки катодных материалов (Armstrong et al., 2006; Гу и др., 2013). Выделение O 2 и возникающие в результате реакции с карбонатными растворителями и даже с проводящим углеродным агентом (т. е. окисление в последнем случае) были признаны основной причиной газообразования и снижения емкости катода с высоким содержанием лития. материалы. Таким образом, своевременная корректировка протокола зарядки, чтобы строго избегать перезарядки и структурной стабилизации путем легирования более стабильными ионами металлов, такими как Al 3+ , была бы очень эффективной для подавления газообразования из материалов слоистого катода.

Катодные материалы из шпинели

Выделение газов из катодных материалов шпинели, таких как 4 V Li 2 Mn 2 O 4 и 4,7 V LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 9047 . Конечными продуктами окисления карбонатных растворителей являются CO 2 и H 2 O, а органические кислоты (H + ) являются возможным промежуточным продуктом окисления растворителя (Armstrong et al., 2005). Следовательно, окисление, скорее всего, инициирует другие проблемы, такие как гидролиз соли LiPF 6 и образование H 2 , поскольку H 2 O и промежуточное соединение органической кислоты диффундируют на анод и восстанавливаются там. Электрохимическое окисление происходит только в процессе заряда, тогда как химическое окисление продолжается весь срок службы и часто сопровождается растворением металла. Поверхностное покрытие более прочными соединениями, такими как AlPO 4 , AlF 3 , Al 2 O 3 , ZnO, Bi 2 O 3 (Liu and Manthiram, 2009) и твердым электролитом (Liu and Manthiram, 2009). и другие., 2013) показывает очень высокую эффективность в подавлении растворения металла, эта стратегия, безусловно, применима для уменьшения газовыделения. Бис(оксалато)борат лития (LiBOB) очень эффективно подавляет растворение металла, однако он окисляется с образованием CO 2 при высоких потенциалах. Некоторые добавки к электролиту, такие как фторированные карбонаты (Zhang et al., 2013) и фосфаты (Cresce and Xu, 2011), способны образовывать стойкий SEI на поверхности катода в результате химической реакции и, следовательно, могут предложить альтернативный подход к поверхностное покрытие in situ для защиты 4.7 В LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 катод от прямого контакта с жидким электролитом. Вышеупомянутые подходы также применимы к другим высоковольтным катодным материалам, таким как слоистые оксиды с высоким содержанием лития и LiCoPO 4 . Для катода LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 Li x Ni 1 − x 1 − x O также отвечает за генерацию примеси Li/V. Li + он выделяет O 2 , во время которого промежуточный анион — радикал кислорода реагирует с карбонатными растворителями с образованием CO 2 . Комбинация поверхностного покрытия с использованием добавки к электролиту и очищающего материала катода, вероятно, приводит к синергетическому эффекту для подавления газообразования высоковольтного катода LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 .

Таким образом, газообразование в литий-ионных батареях включает множество сложных реакций, связанных с химическим и окислительно-восстановительным разложением растворителей электролита. Химическое разложение катализируется активными электродными материалами, проводящим углеродом и примесью Li 2 CO 3 .Окислительно-восстановительное разложение может быть электрохимическим процессом и/или химическим процессом, при котором первый происходит только в процессе зарядки, а второй продолжается в течение всего срока службы аккумулятора и часто сопровождается растворением металла. Растворенные ионы металлов участвуют в постепенном образовании SEI на катоде и аноде, что приводит к росту резистивного SEI и отрицательно влияет на работу литий-ионных аккумуляторов. Учитывая, что все материалы имеют высокую чистоту и строго высушиваются, сочетание поверхностного покрытия и добавки к электролиту предлагает наиболее эффективное решение проблемы газообразования литий-ионных аккумуляторов.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Автор благодарит доктора К. Лундгрен за ее критическое прочтение рукописи и ценные предложения.

Ссылки

Армстронг, А. Р., Хольцапфель, М., Новак, П., Джонсон, К. С., Kang, S.H., Thackeray, M.M., et al. (2006). Демонстрация потери кислорода и связанной с этим структурной реорганизации в катоде литиевой батареи Дж. Ам. хим. соц. 128, 8694–8698. дои: 10.1021/ja062027+

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Армстронг, А. Р., Робертсон, А. Д., и Брюс, П. Г. (2005). Перезарядка оксидов марганца: извлечение лития сверх Mn 4+ . J. Источники питания 146, 275–280. doi:10.1016/j.jpowsour.2005.03.104

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Креше, А. В., и Сюй, К. (2011). Добавка к электролиту для поддержки химии ионов лития 5 В. Дж. Электрохим. Соц . 158, А337–А342. дои: 10.1149/1.3532047

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Диас, А. Дж., и Маккарти, Т. Дж. (1985). Дегидрофторирование поли(винилиденфторида) в растворе диметилформамида: синтез функционально растворимого полупроводникового полимера. Дж. Полим. науч. Полим. хим. 23, 1057–1061. doi:10.1002/pol.1985.170230410

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Freunberger, S.A., Chen, Y., Peng, Z., Griffin, J.M., Hardwick, L.J., Barde, F., et al. (2011). Реакции в аккумуляторной батарее литий-О 2 с алкилкарбонатными электролитами. Дж. Ам. хим. соц. 133, 8040–8047. дои: 10.1021/ja2021747

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гу, М., Belharouak, I., Zheng, J., Wu, H., Xiao, J., Genc, ​​A., et al. (2013). Формирование фазы шпинели в слоистых композитных катодах, используемых в литий-ионных аккумуляторах. ACS Nano 7, 760–767. дои: 10.1021/nn305065u

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

He, Y.B., Li, B., Liu, M., Zhang, C., Lv, W., Yang, C., et al. (2012). Выделение газа в батареях на основе Li 4 Ti 5 O 12 и его устранение. науч. 2, 913. doi:10.1038/srep00913

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ким, Дж., Хонг, Ю., Рю, К.С., Ким, М.Г., и Чо, Дж. (2006). Моющий эффект катода LiNi 0,83 Co 0,15 Al 0,02 O 2 в воде. Электрохим. Твердотельное письмо. 9, А19–А23. дои: 10.1149/1.2135427

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли, Дж., Baggetto, L., Martha, S.K., Veith, G.M., Nanda, J., Liang, C., et al. (2013). Искусственная межфазная фаза твердого электролита позволяет использовать катод LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 5 В с обычными электролитами. Доп. Энергия Матер. 3, 1275–1278. дои: 10.1002/aenm201300378

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю, Дж., и Мантирам, А. (2009). Понимание улучшения электрохимических свойств поверхностно-модифицированного 5V LiMn 1.42 Ni 0,42 Co 0,16 O 4 Шпинельные катоды в литий-ионных элементах. Хим. Матер. 21, 1695–1707 гг. дои: 10.1021/см

43

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Pieczonka, N.P.W., Liu, Z., Lu, P. , Olson, K.L., Moote, J., Powell, B.R., et al. (2013). Изучение поведения переходных металлов при растворении в LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 высоковольтной шпинели для ионно-литиевых аккумуляторов. Дж.физ. хим. C 117, 15947–15957. дои: 10.1021/jp405158m

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Терада Ю., Нишиваки Ю., Накаи И. и Нисикава Ф. (2001). Исследование растворения Mn из LiMn 2 O 4 шпинельных электродов с использованием in situ рентгенофлуоресцентного анализа с полным отражением и флуоресцентного XAFS метода. J. Источники питания 9, 420–422. дои: 10.1016/S0378-7753(01)00741-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ян, К., Ван, Х., Дин, X., Ян, X., и Ван, Ю. (2013). Однореакторный синтез диметилкарбоната из диоксида углерода, оксида циклогексена и метанола. Рез. хим. промежуточный. 1–11. дои: 10.1007/s11164-013-1514-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Zhang, Z. , Hu, L., Wu, H., Weng, W., Koh, M., Redfern, P.C., et al. (2013). Фторированные электролиты для химии литий-ионных аккумуляторов 5 В. Энергетика Окружающая среда. Наука . 6, 1806–1810 гг. дои: 10.1039/C3EE24414H

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Емкость аккумулятора | PVEducation

«Емкость батареи» — это мера (обычно в ампер-часах) заряда, хранящегося в батарее, и определяется массой активного материала, содержащегося в батарее.Емкость аккумулятора представляет собой максимальное количество энергии, которое может быть извлечено из аккумулятора при определенных условиях. Однако фактическая способность батареи накапливать энергию может значительно отличаться от «номинальной» номинальной емкости, поскольку емкость батареи сильно зависит от возраста и прошлой истории батареи, режимов зарядки или разрядки батареи и температуры.

Единицы емкости батареи: ампер-часы

Энергия, хранящаяся в батарее, называемая емкостью батареи, измеряется в ватт-часах (Втч), киловатт-часах (кВтч) или ампер-часах (Ач). Наиболее распространенной мерой емкости батареи является Ач, определяемая как количество часов, в течение которых батарея может обеспечивать ток, равный скорости разряда при номинальном напряжении батареи. Единица А·ч обычно используется при работе с аккумуляторными системами, поскольку напряжение аккумулятора будет меняться на протяжении всего цикла зарядки или разрядки. Емкость Втч может быть аппроксимирована емкостью Ач путем умножения емкости Ач на номинальное (или, если известно, среднее по времени) напряжение батареи. Более точный подход учитывает изменение напряжения путем интегрирования емкости А/ч x V(t) по времени цикла зарядки.Например, 12-вольтовая батарея емкостью 500 Ач позволяет накапливать энергию приблизительно 100 Ач x 12 В = 1200 Втч или 1,2 кВтч. Однако из-за большого влияния скорости зарядки или температуры для практического или точного анализа производители батарей предоставляют дополнительную информацию об изменении емкости батареи.

Влияние скорости зарядки и разрядки на емкость

Скорость зарядки/разрядки влияет на номинальную емкость аккумулятора. Если батарея разряжается очень быстро (т.т. е. ток разряда велик), то количество энергии, которое можно извлечь из батареи, уменьшается, и емкость батареи ниже. Это связано с тем, что необходимые для протекания реакции компоненты не обязательно успевают либо переместиться в нужные им положения. Только часть всех реагентов преобразуется в другие формы, и поэтому доступная энергия уменьшается. С другой стороны, если аккумулятор разряжается очень медленно с использованием низкого тока, из аккумулятора может быть извлечено больше энергии, и емкость аккумулятора выше.Поэтому емкость батареи должна включать скорость зарядки/разрядки. Обычный способ определения емкости батареи состоит в том, чтобы указать емкость батареи как функцию времени, которое требуется для полной разрядки батареи (обратите внимание, что на практике батарея часто не может быть полностью разряжена).

Температура

Температура батареи также влияет на извлекаемую из нее энергию. При более высоких температурах емкость батареи обычно выше, чем при более низких температурах. Однако преднамеренное повышение температуры батареи не является эффективным методом увеличения емкости батареи, поскольку это также сокращает срок службы батареи.

Возраст и история батареи

Возраст и история батареи имеют большое влияние на емкость батареи. Даже если следовать спецификациям производителей на DOD, емкость батареи будет оставаться на уровне или близком к номинальной емкости в течение ограниченного количества циклов зарядки/разрядки. История батареи оказывает дополнительное влияние на емкость в том смысле, что если батарея использовалась ниже своего максимального DOD, то емкость батареи может быть преждевременно уменьшена, а номинальное количество циклов зарядки/разрядки может быть недоступно.

Уход за аккумулятором в Windows

Литий-ионные аккумуляторы — наиболее распространенный тип аккумуляторов, используемых в современных мобильных устройствах, включая ноутбуки и планшеты. Эти батареи быстро заряжаются, разряжаются с постоянной скоростью и обладают высокой плотностью энергии, что позволяет использовать батареи небольшого размера.

Если вы немного разберетесь в литий-ионных батареях, вы сможете увеличить срок службы батареи и общий срок службы батареи в вашем устройстве:

  • Емкость литий-ионных элементов уменьшается после определенного количества циклов зарядки и разрядки аккумулятора.Это означает, что вам придется чаще заряжать аккумулятор, а общая емкость аккумулятора может снизиться.

  • При использовании устройства следите за тем, чтобы заряд батареи регулярно разряжался ниже 50%. Это поможет уменьшить износ элементов аккумуляторной батареи.

Нижняя емкость аккумулятора

Когда емкость аккумулятора ниже, его нельзя заряжать так же, как раньше, по сравнению с тем, когда он был новее.Поэтому срок службы батареи может сократиться, и вам придется чаще ее заряжать.

Максимальная работоспособность батареи

Как и все батареи, литий-ионные элементы стареют и изнашиваются со временем и по мере использования. Чтобы продлить срок службы батареи и производительность, старайтесь поддерживать уровень заряда батареи между 20 % и 80 % несколько раз в неделю вместо того, чтобы использовать устройство в течение короткого промежутка времени, а затем подключать его к сети для подзарядки батареи.Если ваше устройство поддерживает интеллектуальную зарядку, включите ее, чтобы убедиться, что ваше устройство остается заряженным до рекомендуемого уровня заряда батареи, даже если вы держите устройство подключенным к сети.

При использовании аккумулятора следует избегать некоторых условий, поскольку они могут привести к ускоренному износу и старению аккумулятора:

  • Старайтесь не использовать устройство и не заряжать его при высоких температурах. Чрезвычайно высокие температуры могут привести к ускоренному износу литий-ионных аккумуляторов, что может привести к необратимому снижению емкости аккумулятора.

  • Храните устройство с аккумулятором, заряженным менее чем на 50 %, но не полностью разряженным.  Аккумуляторы, которые более полностью заряжены, а затем хранятся, могут быстрее разряжаться. Если вам нужно хранить устройство в течение длительного периода времени, перед хранением лучше убедиться, что уровень заряда батареи ниже 50%, но не полностью разряжен.

Когда батарея сильно изношена, срок службы батареи может быть очень коротким или литий-ионные элементы могут расшириться.Когда батарея расширяется из-за износа, это чаще всего вызвано образованием негорючего углекислого газа (CO2). Если батарея вашего устройства заметно расширилась за пределы механического корпуса, мы рекомендуем вам прекратить использование устройства. Обращайтесь с устройством с осторожностью, чтобы не надавить на аккумулятор и не проткнуть его.

Получить подробный отчет об аккумуляторе в Windows 11

Если вы хотите получить дополнительную техническую информацию об использовании аккумулятора и расчетной емкости, вы можете использовать параметр командной строки Powerfg, встроенный в Windows 11, для создания отчета об аккумуляторе.

  1. Выберите Найдите на панели задач, введите Командная строка , нажмите и удерживайте (или щелкните правой кнопкой мыши) Командная строка , а затем выберите Запуск от имени администратора > Да .

  2. В командной строке введите powercfg /batteryreport , затем нажмите Введите .

    Отчет о батарее будет представлять собой HTML-файл, который хранится в папке на вашем ПК.Расположение файла будет показано в окне командной строки.

  3. Откройте проводник, перейдите в папку, в которой был сохранен отчет, а затем дважды щелкните отчет об аккумуляторе (файл HTML), чтобы открыть его в веб-браузере.

    Вы можете получить много подробной информации об использовании и емкости аккумулятора. Некоторые конкретные разделы, которые вы, возможно, захотите просмотреть, чтобы начать работу, включают следующее: Установленная батарея , Недавнее использование и Использование батареи .

Похожие темы

Как хранение энергии может произвести революцию в промышленности в ближайшие 10 лет

Что может изменить десятилетие. В 2010 году наши телефоны и компьютеры питались от батареек. К концу десятилетия они начнут питать наши автомобили и дома.

За последние десять лет всплеск производства литий-ионных аккумуляторов привел к снижению цен до такой степени, что — впервые в истории — электромобили стали коммерчески жизнеспособными с точки зрения как стоимости, так и производительности.Следующий шаг и то, что определит следующее десятилетие, — это хранилище коммунального масштаба.

По мере того, как неотложность климатического кризиса становится все более очевидной, аккумуляторы являются ключом к переходу к миру, работающему на возобновляемых источниках энергии. Солнечная энергия и ветер играют большую роль в выработке электроэнергии, но без эффективных методов хранения энергии природный газ и уголь необходимы в то время, когда солнце не светит или ветер не завывает. И поэтому крупномасштабное хранение играет важную роль, если общество хочет уйти от мира, зависящего от ископаемого топлива.

По оценкам UBS, в течение следующего десятилетия затраты на хранение энергии снизятся на 66-80%, а мировой рынок вырастет до 426 миллиардов долларов. Попутно будут расти и развиваться целые экосистемы, чтобы поддерживать новую эру электричества с батарейным питанием, и последствия этого будут ощущаться во всем обществе.

Изменение электросети

Если электромобили будут расти быстрее, чем ожидалось, то, например, пиковый спрос на нефть может быть достигнут раньше, чем ожидалось, в то время как большее количество экологически чистой энергии изменит структуру электросети.

В недавней записке для клиентов аналитики Cowen заявили, что в энергосистеме «в следующие десять лет произойдет больше изменений, чем за предыдущие 100 лет».

Растущий рынок хранения энергии предлагает множество инвестиционных возможностей, особенно с учетом того, что государственные субсидии и нормативные акты способствуют переходу на экологически чистую энергию. Но, как и на других высококонкурентных рынках, таких как производство полупроводников в 1990-х годах, производство аккумуляторов не всегда приносило инвесторам максимальную прибыль. Ряд аккумуляторных компаний обанкротились, что подчеркивает тот факт, что продукт, меняющий общество, может не вознаграждать акционеров.

«В конце концов, это дойдет до некоторых лидеров отрасли, которые заработают немного денег», — сказал Джо Оша из JMP Securities. «Я думаю, что все эти компании проделают хорошую работу по снижению цен для производителей [электромобилей] в течение следующих 5-10 лет. обработать.»

Тем не менее, несмотря на то, что инвестировать в компании, занимающиеся исключительно производством аккумуляторов, может быть сложно, есть возможности нацелиться на компании, которые выиграют от перехода к миру с низким уровнем выбросов углерода.Например, Sunrun — крупнейшая компания по производству солнечной энергии для жилых помещений в Соединенных Штатах, а NextEra Energy — одна из крупнейших в стране компаний по производству возобновляемых источников энергии, которая в настоящее время строит хранилище коммунального масштаба.

Поскольку ученые изменяют химический состав батарей, а компании делают ставки на то, что может стать следующей прорывной технологией, Дэн Голдман, основатель венчурной компании Clean Energy Ventures, ориентированной на чистые технологии, сказал, что такие области, как инновационные системы управления батареями, являются хорошим ставка для инвесторов, поскольку они могут работать с любой аккумуляторной технологией.

«Использование огромных экономических возможностей, лежащих в основе перехода к элементам управления и энергетическим системам на основе батарей», требует, чтобы не только планировщики, политики и регуляторы, но и инвесторы «использовали экосистемный подход к развитию этих рынков», — написали исследователи из Института Роки-Маунтин в . Прорывные аккумуляторы: обеспечение эры чистой электрификации .

Батарейки: новая звезда науки

Технология аккумуляторов в ее простейшем виде насчитывает более двух столетий.Само слово является общим термином, поскольку батареи бывают всех форм и размеров: свинцово-кислотные, никель-железные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и т. д.

Литий-ионные батареи — что само по себе может быть общим термином были впервые разработаны в 1970-х годах и впервые коммерциализированы Sony в 1991 году для портативного видеомагнитофона компании. Теперь их можно найти во всем: от айфонов до медицинских устройств, от самолетов до международной космической станции.

Возможно, лучшим свидетельством той роли, которую эти батареи сыграли в современном обществе, является то, что в этом году Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым, разработавшим литий-ионную батарею.

«За последние десятилетия эта разработка [литий-ионных аккумуляторов] быстро развивалась, и мы можем ожидать еще много важных открытий в технологии аккумуляторов», — заявила в октябре Шведская королевская академия наук. «Эти будущие прорывы, несомненно, приведут к дальнейшим улучшениям в нашей жизни не только для нашего удобства, но и в отношении глобальной и местной окружающей среды и, в конечном итоге, устойчивости всей нашей планеты».

Электромобили: вперед

Tesla была первой автомобильной компанией, выпустившей на рынок электромобиль с батарейным питанием, когда она представила Roadster в 2008 году.Автопроизводители ранее возились с гибридными моделями, но, как правило, полностью электрические автомобили их не интересовали, учитывая высокую стоимость производства.

Но за последнее десятилетие вкусы потребителей изменились, и по мере усиления надзора со стороны регулирующих органов — особенно в Европе — автопроизводителям приходилось идти в ногу со временем.

Практически все автопроизводители сейчас предлагают или планируют предлагать полностью электрические или, по крайней мере, гибридные модели автомобилей. В ноябре Ford представил свой полностью электрический Mustang Mach-E, который является частью плана компании стоимостью 11 миллиардов долларов по разработке 40 полностью электрических и гибридных моделей к 2022 году, а в марте Volkswagen увеличил свою цель по выпуску электромобилей до 70 новых моделей к 2028 году. по сравнению с предыдущей целью 50.

Цены на аккумуляторные батареи для электромобилей обычно рассчитываются по стоимости киловатт-часа. За последние десять лет цены упали, поскольку производство достигло эффекта масштаба. По данным BloombergNEF, сейчас они стоят около 156 долларов за киловатт-час, что на 85% меньше, чем в 2010 году, когда они стоили 1100 долларов плюс/кВтч. А продолжающееся производство и повышение эффективности должны привести к тому, что к 2024 году цены упадут ниже $100/кВтч, считает BloombergNEF, что важно, поскольку это общеотраслевой консенсус в отношении того, когда электромобили достигнут ценового паритета с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.

«Хотя концепция электромобилей не нова, в этом автомобильном цикле отличается наличием надежных и недорогих аккумуляторов, обладающих отличными энергетическими и энергетическими характеристиками в практичном форм-факторе», — сказал аналитик Cowen Джеффри Осборн в последнее примечание для клиентов.

Рабочие на линии по производству литий-ионных аккумуляторов для электромобилей (EV) на заводе в Хучжоу, провинция Чжэцзян, Китай.

Reuters

Мировые продажи подключаемых электромобилей, включая электромобили с батарейным питанием и подключаемые гибридные электромобили, достигли 1.98 миллионов в 2018 году, по данным Международного энергетического агентства, в результате чего общее количество электромобилей на дорогах превысило 5,1 миллиона. Это все еще очень небольшая часть из более чем 1 миллиарда автомобилей, находящихся на дорогах сегодня, но ожидается, что их число будет продолжать расти. BloombergNEF прогнозирует, что к 2040 году 57% продаж новых легковых автомобилей будут электромобилями, что увеличит общий парк электромобилей до 30%.

В настоящее время Tesla является крупнейшим в мире производителем электромобилей, и, хотя она еще не получила годовой прибыли, она сообщала о прибыли ежеквартально, в том числе в последнем квартале.Компания оказалась несколько поляризованной с точки зрения инвестирования, учитывая частые невыполнения поставленных задач и иногда неустойчивое поведение генерального директора Илона Маска.

Но компании удалось снизить цену на свой аккумулятор. Отчасти это связано с гигафабрикой Tesla в Спарксе, штат Невада, которая работает почти с максимальной эффективностью, а также с тем, что варианты хранения компании для жилых и коммунальных помещений помогают распределить фиксированные затраты на производство аккумуляторов. Компания также воспользовалась государственными субсидиями и оптимизировала операции на своей гигафабрике.

Литий-ионные аккумуляторные элементы

Томохиро Осуми | Блумберг | Getty Images

Аккумулятор является ключевым отличием электромобилей, поскольку запас хода автомобиля определяется количеством накопленной энергии, а также определяет, сколько времени требуется для зарядки автомобиля.

В недавней заметке Credit Suisse говорится, что важно отдать должное компании Tesla за разработку аккумуляторов. Фирма имеет низкий рейтинг акций, но заявила, что автопроизводитель имеет «преимущество перед другими автопроизводителями в электрификации» благодаря, среди прочего, плотности энергии его батареи.

Компактная модель Tesla Model 3 стоит от 39 990 долларов, не считая экономии от государственных субсидий и газа, а это означает, что она все еще значительно дороже, чем компактные автомобили, работающие на газе. Еще одна проблема, которую автопроизводителям придется решать в будущем, — это больший запас хода на одной зарядке и более быстрое время зарядки, что препятствует широкому внедрению.

Но, поскольку стоимость аккумуляторов снижается, S&P Global Platts заявила, что электромобили могут стать конкурентоспособными в странах с высокими ценами на нефть уже в ближайшие два-три года.

«Tesla вывела на рынок бренд, и это действительно помогло всей отрасли, — сказал Остин Девани, директор IHS Markit по глобальным неорганическим веществам. «Вы доберетесь до того, что карманная сторона начнет привлекать больше людей к электромобилям, поэтому вы увидите увеличение уровня проникновения в ближайшие годы».

Инвестиционные возможности в цепочке поставок аккумуляторов

Основной причиной того, что электромобили с батарейным питанием все еще относительно дороги, является стоимость сырья, необходимого для их производства.В дополнение к литию для литий-ионных аккумуляторов необходимы другие минералы, такие как кобальт и графит, а также такие металлы, как никель, алюминий и марганец.

Электромобили теперь опережают бытовую электронику по спросу на литий. По данным S&P Global Platts, несмотря на растущий спрос на минерал, цены резко упали за последнее десятилетие после того, как рост производства превысил более медленные, чем ожидалось, продажи электромобилей. Фирма заявила, что ожидает, что спрос со стороны транспортного и энергетического секторов почти утроится в течение следующих пяти лет, и что по мере нарастания импульса спрос может перевесить предложение.»

Химическая компания Albemarle может стать одним из бенефициаров растущего спроса, поскольку у нее есть заводы по производству лития по всему миру, в том числе в Силвер-Пик, штат Невада, и Салар-де-Атакама, Чили. В прошлом году количество аналитиков с Уолл-стрит, имеющих рейтинг покупки акций, упало с 80% до 52%. самых интригующих историй 3-5 лет.Его цель в 83 доллара на 15% выше, чем сейчас торгуются акции.

Иван Альварадо | Reuters

На рынке доминируют азиатские компании, такие как Panasonic, CATL, LG Chem и китайская BYD, почти 25% которой принадлежит Berkshire Hathaway Уоррена Баффета.

Panasonic сотрудничает с Tesla, а LG Chem производит батареи, в частности, для General Motors и Ford.

В декабре GM и LG Chem объявили, что к 2023 году они инвестируют до 2,3 миллиарда долларов в создание совместного предприятия в Огайо по производству аккумуляторных элементов для электромобилей. «Новый объект поможет нам масштабировать производство и значительно повысить рентабельность и доступность электромобилей», — заявила генеральный директор и председатель GM Мэри Барра на мероприятии для СМИ, посвященном новому заводу.

Девани сказал, что мы достигли своего рода «переломного момента», когда материальные игроки могут увидеть паритет в ценах на батареи и пакеты. «Пять лет назад… электромобили были чем-то вроде новинки… потребитель не всегда обращал внимание на преимущества, сегодня они есть».

Питание вашего телефона для питания вашего дома

Спрос на более крупные и качественные аккумуляторы для питания электромобилей имеет волновой эффект, в том числе в домашних хранилищах энергии. Это особенно верно, поскольку падение цен на солнечную энергию в сочетании с государственными субсидиями побудило потребителей переключиться на возобновляемые источники энергии.

В ноябрьской записке для клиентов Оша из JMP сказал, что SunRun, которая предлагает варианты солнечной энергии и хранения, выглядит готовой к «отличному 2020 году», отчасти из-за потенциала роста бизнеса компании по хранению.

«Внедрение накопителей заметно как в RUN, так и во всей отрасли — бытовые батареи превратились из редкости во все более распространенную часть новой бытовой солнечной установки», — сказал он.

Tesla — еще одна компания, предлагающая солнечную энергию и аккумуляторы с помощью своей батареи Powerwall, которая, по словам аналитика Baird Бена Калло, в настоящее время является «недооцененной» частью компании, но, как он ожидает, станет «большим направлением деятельности по мере увеличения маржи и развертывания растут.

Tesla Powerwall 2

Источник: Tesla

Хотя обе эти компании также предлагают солнечные установки, другие компании, такие как Enphase Energy, предлагают батареи, которые интегрируются с существующими солнечными системами. год, после роста на 465%.

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, обеспечивают все больше и больше энергии для сети. Но до тех пор, пока не будет разработано эффективное хранилище энергии, эти прерывистые источники будут продолжать полагаться на ископаемое топливо.

Проект по хранению солнечной энергии и энергии Лавай на острове Кауаи, Гавайи.

Проще говоря, электрическая сеть обычно работает в настоящее время так, что используемая энергия вырабатывается всего несколько мгновений назад. Запасов не так много, поэтому спрос и предложение всегда должны быть в равновесии.

Но по мере того, как цены на аккумуляторы падают, все больше и больше коммунальных предприятий интегрируют литий-ионные аккумуляторы в свои системы. В настоящее время они в основном используются для замены так называемых пиковых электростанций — электростанций, обычно работающих на природном газе, которые используются только в периоды пикового спроса. Они также начинают заменять дизельные генераторы в местах с постоянной потребностью в электроэнергии, например, в больницах.

Правительственные стимулы и снижение стоимости солнечной и ветровой энергии также повышают жизнеспособность аккумулирования энергии.

«10 лет назад аккумуляторы были желательными, поскольку решение для более высокого проникновения возобновляемой энергии в электрическую сеть, и сегодня я думаю, что вы можете увидеть линию обзора в течение следующих 10 лет, чтобы это стремление стало реальностью», Об этом CNBC заявил управляющий директор Ultra Capital Кристиан Ханельт. Он добавил, что у коммунальных компаний есть естественное преимущество, поскольку они разбираются в передающей сети и знают, где они могут извлечь выгоду.

NextEra Energy является одним из крупнейших в стране поставщиков возобновляемой энергии, включая предложения по хранению энергии.В недавней записке для клиентов Credit Suisse назвал это одной из своих лучших инвестиционных идей, основанной на «сильном влиянии NextEra на быстрорастущую отрасль возобновляемых источников энергии» и «ведущем в мире крупномасштабном бизнесе по развитию возобновляемых источников энергии». Другие имена, предлагающие накопители энергии, включают EnerSys из Пенсильвании, а также Pinnacle West Capital Corporation, которая в феврале объявила о планах добавить 850 мегаватт аккумуляторов в Аризоне в течение следующих 5 лет.

В настоящее время крупнейшая установка литий-ионных аккумуляторов находится в Южной Австралии и питается от Tesla.Он имеет мощность 100 мегаватт, что, согласно сайту, позволяет ему снабжать электроэнергией 30 000 домов при диспетчеризации на пиковой мощности. В ноябре французская компания Neoen, управляющая площадкой, объявила о 50-процентном расширении, в результате чего мощность увеличится до 150 МВт.

Чиновники и рабочие собираются возле комплекса, в котором расположен Hornsdale Power Reserve с самой большой в мире ионно-литиевой батареей, произведенной Tesla, во время официального запуска возле южно-австралийского города Джеймстаун.

Дэвид Грей | Reuters

Производители и операторы оборудования для возобновляемых источников энергии, а также химические компании и компании, производящие материалы, также могут выиграть, если хранение сделает ветровую и солнечную энергию более доступной. Осборн отметил, что потребуется новое программное обеспечение, чтобы помочь коммунальным компаниям понять потребности в электроэнергии, поскольку возобновляемые источники энергии и электромобили получают энергию из сети.

«Мы рассматриваем внедрение интеллектуальных технологий в электросети как одну из следующих больших волн расходов на ИТ и новую инвестиционную тему, которая, вероятно, будет актуальна в течение следующих 10-20 лет. Масштабируйте интеграцию программного обеспечения, используя датчики связи по сети», — сказал он.

Следующее десятилетие

Затраты, которые остаются высокими, являются одной из причин, препятствующих всплеску интеграции литий-ионных аккумуляторов в сети. Еще один фактор заключается в том, что этот конкретный тип батареи не обязательно лучше всего подходит для хранения энергии в течение более длительных периодов времени. Также известно, что они загораются, и есть проблемы с некоторыми необходимыми компонентами, такими как кобальт, почти половина которого поступает из Конго. Вторичная переработка и воздействие добычи металлов на окружающую среду — еще одна проблема, за которой стоит следить.

Миллиарды долларов тратятся на поиск альтернатив. Твердотельные батареи, в которых, например, вместо жидких электролитов используется натрий, являются одним из возможных вариантов, как и проточные батареи, в которых для хранения энергии используются резервуары с электролитами. Но ни один из этих вариантов пока не является жизнеспособным.

Хотя точный тип батареи, которая победит, неизвестен, несомненно то, что батареи будут играть еще большую роль в питании нашей жизни в будущем.

«Крупные инвестиции в производство аккумуляторов и постоянное развитие технологий уже к 2030 году привели к коренным изменениям в том, как мы будем питать нашу жизнь и организовывать энергетические системы», — написали исследователи из Института Роки-Маунтин в «Прорывные батареи: питание Эпоха чистой электрификации .

— CNBC’s Майкл Блум , Нейт Раттнер и Майкл Вэйланд предоставил репортаж.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.