Причины падения плотности электролита в аккумуляторе

Почему плотность электролита падает

Нормальная работа батареи подразумевает постоянную подзарядку и высокотемпературный режим химических процессов на электродах и в электролите. Результатом становится постоянное снижение жидкости в банках АКБ, которая пополняется дистиллированной водой. Среди наиболее распространенных причин снижающих в аккумуляторе плотность раствора:

1. Не контролируется уровень концентрации раствора в емкостях с электродами после каждого пополнения дистиллятом. С каждым новым разбавлением концентрата снижается доля электролита за счет испарения воды и небольшого количества электролитической жидкости;
2. Неоднократная зарядка аккумулятора приводит к закипанию раствора и его испарению, что снижает его количество и повышает концентрацию. В этом случае активных молекул для ионизации свинца и его солей становится меньше, соответственно снижается густота жидкости;
3. Батарея разрядилась.

ВАЖНО: Длительная работа АКБ в режиме сниженной плотности электролита – это дорога к сульфатации пластин и выходе устройства из строя.

Для установления причины низкого заряда батареи производят замеры концентрации раствора в банках АКБ используя ареометр. Оптимальный температурный режим для этой процедуры – от 22 до 25 °С. Плотность электролита может быть выше или ниже нормы. В первом случае повышается вероятность коррозийного разрушения электродов с положительным зарядом. Во втором – опасность подстерегает в холодные периоды года, когда электролитический раствор способен охладиться и затвердеть. Поэтому контроль уровня густоты зимой является первостепенной задачей любого владельца ТС.

Подготовка перед поднятием плотности электролита

Для измерения концентрации электролита в аккумуляторной батарее необходимо, чтобы соблюдались условия:

1. На АКБ отсутствуют сколы или трещины, корпус абсолютно целый и клеммы без повреждений;
2. Нормальный уровень жидкости в каждой из банок;
3. Температурный режим электролитического раствора в диапазоне от 20 до 25°С;
4. Заряд батареи полный.

При наличии повреждений клемм или корпуса данные могут быть неточными, а причина отсутствия способности выдать нужный разряд для старта ТС совсем не в низкой плотности электролита. Низкий уровень жидкости является более концентрированным, чем его нормальное количество, разбавленное дистиллятом. При низких температурах замеры существенно отличаются от реальных значений в нормальных условиях. В разряженном аккумуляторе густоты раствора всегда ниже, поскольку большинство ионов скопилось на пластинах.

ВАЖНО: Добавление серного концентрата для коррекции плотности электролита должно производиться очень аккуратно, поскольку более высокие показатели способствуют осыпанию пластин и порче АКБ.

Зарядка от генератора автомобиля аккумулятора выполняется не в полном объеме, а всего на 80-90%, что требует подзарядки прибора для измерения концентрации раствора.

В подготовительные работы по поднятию плотности электролита входит:

• Изъятие АКБ из ТС;
• Хранение в теплом помещении до приобретения АКБ температуры 20-25 °С;
• Проверка уровня насыщенности раствора;
• Зарядка и зачистка клемм по необходимости до пополнения жидкости в банках.

Для определения нормы существуют специальные таблицы, согласно которым эксплуатационный показатель для теплого периода должен быть не ниже 1,27 г/куб. см, а для зимнего – 1,3 г/куб. см.

Поднимаем плотность электролита в АКБ

Для повышения концентрации активного раствора в банках аккумулятора необходимо приготовить:

• Средства для личной защиты при работе с едкими веществами: старая одежда, защитные очки, респиратор или защитная маска, перчатки резиновые;
• Мерный стакан;
• Емкость, в которую будет сливаться старый раствор;
• Аэрометр с резиновой грушей для откачки имеющейся в банках жидкости;
• Дрель со сверлом диаметром 3-4 мм;
• Паяльная лампа или паяльник;
• Кислотная пластмасса.

Электролит содержит в составе серную кислоту, способную разъесть кожу или одежду, поэтому следует позаботиться о личной защите и постараться все манипуляции делать предельно аккуратно. Повышение плотности раствора достигается несколькими способами:

• Полной заменой электролита в банках при концентрации ниже 1 г/куб. см;
• Добавлением аккумуляторной кислоты в раствор;
• Заливанием дистиллята и серной кислоты до нужного уровня и показателя плотности.

Полная замена электролита

Это является крайней радикальной мерой в случае полной выработки своего ресурса электролитом при снижении его плотности до 1 г/куб. см. Действия осуществляются в следующем порядке:

1. Аккумуляторная батарея после подготовки подвергается полной откачке раствора из банок с помощью груши;
2. Перевернув АКБ набок необходимо в дне каждой емкости с электродами просверлить дырки и слить остаток жидкости;
3. В таком положении нужно продержать прибор и промыть внутренние полости дистиллятом;
4. Очищенную батарею снова делают герметичной, запаивая кислотной пластмассой, сделанные ранее отверстия дрелью. Для этого пользуются паяльной лампой или паяльником;
5. В каждую банку заливается нужное количество дистиллята, которое рассчитывается в соотношении от общего объема банки и нужного количества аккумуляторной кислоты для раствора с концентрацией 1,25-1,27 г/куб. см;
6. Банки хорошо закупориваются, слегка встряхивается батарея без сильного отклонения от вертикали.

ВАЖНО: Первым в банки заливается дистиллят, а после добавляется кислота, в ином случае жидкость вскипит.

Добавление аккумуляторной кислоты

При показателе плотности раствора ниже 1,2 г/куб. см необходимо применять кардинальные меры для повышения значения электролита. Следует приобрести аккумуляторную кислоту, плотность которой составляет 1,84 г/куб. см, и залить тем же способом, что и обычный электролит.

Добавление дистиллята и серной кислоты

Необходимо сначала откачать имеющийся раствор из каждой банки АКБ. Затем залить новую жидкость плотностью 1,25-1,27 г/куб. см. Заполнив банки до отметки «Норма», следует хорошо закрыть крышки и слегка встряхнуть батарею.

ВАЖНО: Запрещается переворачивать вверх дном АКБ. При такой манипуляции могут отколоться кусочки соли свинца с решетки и попасть на соседний электрод, замкнув таким образом банку. После этого поврежденная емкость станет непригодной для эксплуатации.

Замеры концентрации подскажут необходимость повторения процесса замены электролита. Если показатель ниже 1,25 г/куб. см, то следует повторять операцию до тех пор, пока не будет получен нужный результат.

Корректирующая подзарядка АКБ

После замены или манипуляций по повышению плотности электролита в банках батареи устанавливается раствор с отличным друг от друга показателем. Допускается разнос в диапазоне 0,01 г/куб. см. Чтобы выровнять это значение необходимо произвести корректирующую подзарядку. Суть метода заключается в подаче на протяжении 1-2 часов тока при зарядке в 2-3 раза ниже номинального значения.

При отсутствии положительного результата применяются более радикальные способы выравнивания. Применяется зарядка устройствами, оснащенными регуляторами, обеспечивающими стабильное напряжение на входе.

Инструкция восстановления плотности корректирующей подзарядкой:

1. Заряжается батарея полностью;
2. В момент достижения максимального заряда при наблюдении кипения электролита сила тока снижается до уровня 1-2 А;
3. В процессе кипения происходит испарение дистиллята и повышается густота жидкости;
4. Для каждого отдельного случая время выпаривания может быть разным и иногда достигать 1 сутки;
5. При снижении плотности ниже 1,25 г/куб. см электролит доливается, концентрация замеряется при остывании прибора до 25 °С;
6. Производится повторная операция при необходимости.

Единственный недостаток процедуры – большая длительность.

Корректирующий электролит

Под корректирующей смесью понимают электролит, плотность которого составляет 1,4 г/куб. см. Простое добавление такого раствора недопустимо, следует предварительно произвести замеры имеющегося уровня плотности жидкости. Установление причины поможет подобрать наиболее подходящий метод применения корректирующего электролита. Предназначение такого раствора:

• Скорректировать уровень электролита при вытекании раствора;
• Поднять уровень плотности жидкости в банке при заливании большего количества, чем нужно, дистиллята.

Порядок использования корректирующего электролита:

1. С помощью спринцовки или аэрометра откачать из полости банки жидкость;
2. Заменить откачанный раствор аналогичным объемом корректирующего состава;
3. Поставить заряжаться аккумулятор на срок от 30 минут до часа;
4. По окончанию зарядки выдержать прибор в спокойном состоянии часа 2-3;
5. Провести контрольный замер в каждой из банок;
6. Повторить процедуру при необходимости.

ВАЖНО: Откачивая электролит необходимо оставлять поверхность пластин покрытыми жидкостью.

Заключение

В заключении хотим отметить, что работа с АКБ и электролитом не проста. Поэтому, если у вас мало опыта в сервисных работах по вашему авто, то лучше всего обратиться в сервис и доверить это дело профессионалам. В любом случае, следите за плотностью электролита для надежной работы АКБ хоть летом, хоть зимой. 

Плотность электролита в аккумуляторе зимой: значения, как поднять?

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

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

Что такое плотность электролита и от чего она зависит?

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

3).

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

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

Почему замерзает аккумулятор?

Все дело в плотности: чем она меньше (воды в растворе больше), тем быстрее замерзнет электролит при понижении температуры. Умеренный климат требует, чтобы этот параметр был в пределах 1,25-1,27 г/см³

. Зимой и в северных регионах рекомендуемая плотность увеличивается на 0,01 г/см³.

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

 

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

Таблица 1. Плотность электролита в аккумуляторе автомобиля зимой.

Как повысить плотность если она низкая?

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

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

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

Для корректировки понадобится:

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

Процедура проводится следующим образом:

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

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

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

³

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

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

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

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

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе авто?

У кислотных аккумуляторов есть весомое преимущество по сравнению с более современными батареями, что обусловлено возможностью реанимировать их. Благодаря возможности обслуживать такие АКБ, можно восстановить плотность электролита и вернуть батарее ее свойства. Поэтому, обслуживая аккумулятор, плотность электролита в обязательном порядке требуется замерять, потому что от этого параметра зависит корректная работа АКБ. Не стоит избегать решения этой задачи, так как рано или поздно данная проблема даст о себе знать.

Рекомендуется обратиться в автосервис, если руки не доходят до самостоятельного обслуживания батареи. Его особенность заключается в том, что измерить плотность электролита аккумуляторе можно самостоятельно, имея под рукой ареометр и зная, каким параметрам она должна соответствовать. Параллельно с этим замером выявляется уровень электролита, затем данные сравниваются с выходным напряжением батареи. Это дает общую картину о состоянии АКБ, что необходимо для правильного выполнения восстановительных работ.

Для тех кто не знает, как измерить плотность аккумулятора, сразу оговоримся, что это необходимо делать в каждой банке со свинцовыми пластинами, так как они не зависят друг от друга. Поэтому плотность и уровень электролита, а также выходное напряжение у них будет отличаться. Рассмотрим детально, как измерить плотность электролита с учетом всех технических нюансов, которые необходимо знать.

Когда должна выполняться проверка плотности автомобильного аккумулятора

Кроме того, что плотность электролита автомобильного аккумулятора проверяется при каждом плановом обслуживании машины, существует ряд признаков, указывающих на снижение этого параметра.

• Самый распространенный заключается в уменьшении периодичности заряд/разряд. Это значит, что АКБ стал хуже держать заряд, а так происходит в результате снижения уровня электролита или его свойств. Это повод проверить плотность автомобильного аккумулятора, не дожидаясь планового техосмотра.

• Также следует выполнить эту работу, если в последнее время батарея систематически перезаряжалась. Это способствует выкипанию электролита и снижению его уровня. В зимнее время эту задачу приходится выполнять чаще, так как плотность АКБ при отрицательной температуре быстрее снижается.

Как проверить плотность автомобильного аккумулятора

Если вы знаете, как проверить плотность АКБ и уже сделали это, значит вы понимаете, что нужно быть готовым к необходимости восстановления этого параметра, если он не будет соответствовать требованиям. Поэтому необходимо подготовить следующее:

• ареометр;

• мерный стакан;

• грушу-клизму;

• емкость, чтобы развести новый электролит;

• кислоту или корректирующий электролит.

Посредством ареометра сначала нужно проверить плотность автомобильного аккумулятора. Это выполняется с помощью груши, изготовленной из мягкой резины, в которую вставлена трубка из стекла с ареометром внутри. Для выполнения замера необходимо набрать немного жидкости из банки, сжав грушу. Затем нужно следить, чтобы ареометр не касался стенок трубки. Вся полученная информация записывается, потому что данная задача выполняется в каждой банке, но перед этим необходимо полностью зарядить батарею. Дальнейшие действия зависят от того, повышена плотность или понижена. В последнем случае необходимо сделать следующее:

• отобрать немного жидкости из банки, и в таком же объеме залить корректирующий электролит;

• поставить АКБ на 30 минут заряжаться;

• снять с зарядки и дать батарее остыть в течение 2 часов;

• повторно замерить плотность.

Если вы знаете, как проверить плотность аккумулятора автомобиля, значит понимаете зачем это делать. С добавлением коррекционного электролита повышается плотность жидкости. Чтобы замеры ареометром были точны, необходимо смешать жидкости, что происходит во время зарядки батареи. Остывать ей нужно потому, что максимальная точность замера ареометром возможна только при холодной батарее.

Если проверка плотности электролита автомобильного аккумулятора покажет увеличение данного показателя, необходимо выполнить все также, как в вышеуказанной последовательности, но вместо коррекционного электролита добавить дистиллированную воду. За счет этого плотность снизится. Если после первого раза электролит не достигнет нужного состояния, необходимо повторить процедуру еще раз. И так до тех пор, пока не нормализуется электролит, плотность при этом должна соответствовать нужному значению.

Что значит, если плотность аккумулятора автомобиля не соответствует заводским значениям

Если замеры покажут, что плотность электролита АКБ не соответствует параметрам в банках, значит батарея уже выработала свой ресурс и пластины подвергались сульфатации. Придется заменить АКБ, потому что восстановлению он не подлежит.

Сульфатация – это необратимый процесс, который настигает каждую батарею, отработавшую свой ресурс, заявленный производителем. Если плотность электролита аккумулятора напротив, выше нормы, это тоже плохо для батареи. Скорее всего он закипел, и повышение его плотности необходимо скорректировать способом, описанным выше. Рекомендуется в будущем не допускать повторного закипания, потому что это может окончательно вывести устройство из эксплуатации.

Если проверка плотности электролита в аккумуляторе показывает, что она низкая в одной из банок, значит между электродами произошло замыкание. В такой ситуации тоже требуется замена батареи, так как содержимое банок не подлежит восстановлению.

Какой должна быть плотность аккумулятора авто

Тот кто знает, как проверить плотность электролита в АКБ, должен понимать, как зависит это значение от параметров аккумулятора. На него влияет и такие технические характеристики, как емкость батареи и сила выходного тока. Поэтому не следует ориентироваться общепринятыми стандартами, лучше изучить этикетку изделия, чтобы выяснить, какая необходима плотность. Также стоит оговориться, что проверка плотности электролита в АКБ должна определяться с учетом температуры окружающей среды. Для определения погрешности, зависящей от температуры, необходимо пользоваться специальной таблицей. Найти данную информацию можно в техническом паспорте автомобиля или руководстве производителя, прилагаемом к аккумуляторной батарее. Зная, как проверить плотность электролита в аккумуляторе, не стоит торопиться делать этого без оценки цвета жидкости.

То, какой она имеет оттенок, поможет предварительно определить состояние батареи. Коричневый цвет предупреждает о скором выходе из строя аккумулятора, а если это происходит еще и в канун зимы, первые морозы он может и не пережить. Если оттенок темный, значит активная масса осыпалась с электродов в раствор, что затрудняет протекание электрохимических реакций. В этом случае замена батареи неизбежна, так как восстановить плотность электролита в автомобильном аккумуляторе не получится. Учитывая то, что активная масса осыпается после длительного срока эксплуатации, это вполне оправдывает затраты на покупку нового устройства.

Как говорилось выше, проверка плотности АКБ выполняется во всех банках, и в каждой из них это значение должно быть одинаковым. Допускается погрешность, но не более 1 г/см3. Критический показатель плотности аккумулятора – менее 1:18 г/см3. Но и в такой ситуации возможна реанимация, если цвет не обрел коричневый или темный оттенок. Только в данной ситуации те, кто знает, какая плотность электролита должна быть в аккумуляторе, используют не коррекционный электролит, а серную кислоту 1:18 г/см3. Чтобы работать с данным веществом, необходим опыт, так как можно добавить его слишком много, сделав плотность больше, чем требуется. В результате неумелое обращение с веществом потребует много времени на решение данной задачи. Даже тем, кто может проверить плотность аккумулятора автомобиля, понимая как ее вернуть, нелегко добиться одинаковой плотности в каждой из банок, используя кислоту. Поэтому рекомендуется обращаться в автосервисы Oiler, чтобы выполнить обслуживание аккумуляторной батареи.

Чем поможет автосервис?

В условиях любого СТО нашей компании имеются все необходимые устройства и опытные специалисты, которые сумеют проверить плотность электролита и скорректировать ее в день обращения. Особенность наших услуг заключается в том, что мы решаем технические задачи в день обращения. Кроме того, услуги предлагаются по фиксированной цене, что позволяет предварительно рассчитать бюджет на обслуживание и ремонт своего автомобиля.

Мы рассмотрели, как проверить электролит в АКБ, и что делать, если его плотность отклонилась от нормы. Детально узнать о состоянии аккумуляторной батареи вы сможете, посетив автосервис Oiler в Киеве, предварительно записавшись на прием на нашем сайте.

Что делать при низкой плотности электролита?

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе?

Как повысить плотность

Осмотрите аккумулятор: на нем не должно быть дефектов и повреждений, особое внимание уделите токовыводам. Если уровень в норме (от 1,18) долейте электролит с нормальной плотностью до 1,25. Выполняйте долив в каждой банке, используя клизму-грушу.

Что будет если плотность электролита низкая?

Впрочем, зачастую подзарядки требует и находящаяся в эксплуатации батарея. Плотность полностью заряженной батареи составляет 1.27- 1.28 г/см3, напряжение — 12.5 В. О степени разряженности батареи судят по плотности электролита. Чем ниже плотность электролита, тем сильнее батарея разряжена.

Как изменяется плотность электролита при разряде аккумулятора?

По мере разряда аккумулятора плотность электролита снижается от 1,28 г/см3 до 1,09 г/см3, что приводит к снижению его электропроводности почти в 2,5 раза. В результате омическое сопротивление аккумулятора по мере разряда увеличивается.

Почему падает плотность электролита в аккумуляторе?

Неопытные автолюбители нередко доливают в АКБ большие объемы дистиллированной воды. Ошибочный подход! Если уровень дистиллята будет слишком высоким, то электролит выкипит. Это основная причина, почему падает плотность.

Как можно проверить плотность аккумулятора?

Проверка плотности проводится ареометром. Для этого трубку помещают в заливное отверстие и откачивают часть жидкости. Электролит нужно проверять в каждой банке. Рекомендуем проводить проверку при температуре 20-30 °C., тогда стандартными показателями будут 1.27 – 1.29.

Что делать если нет электролита в аккумуляторе?

В понижении уровня электролита виновата именно вода, которая со временем испаряется. В итоге часть пластин оказывается не погруженной в электролит, и аккумулятор теряет емкость. Если летом этот эффект можно не заметить безболезненно, зимой он наверняка подложит вам морозную утреннюю свинью…

Нужно ли заряжать аккумулятор при замене электролита?

Аккумулятор после замены электролита должен заряжаться циклично, то есть, соблюдая схему «зарядка-разрядка». Этот процесс длится до тех пор, пока плотность полностью не восстановится. При таком режиме зарядки ток должен составлять 0,1 А. Следите за тем, чтобы электролит не «выкипал».

Какая плотность электролита в аккумуляторе?

Для нормальной работы АКБ плотность электролита должна лежать в пределах 1,23-1,4 г/куб. см, так как именно при такой плотности раствор имеет максимальную электропроводность. Однако плотность концентрированной серной кислоты составляет 1,83 г/куб.

Как выровнять плотность электролита в аккумуляторе?

Дистиллированная вода. Добавляется в электролит для уменьшения его плотности. 1. В связи с тем что, кислота и вода имеют разную плотность, при разведении электролита или кислоты водой, следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот.

Какой плотности электролит заливать в аккумулятор?

Как доливать электролит в аккумулятор

В батарею можно доливать только электролит плотностью 1,26-1,29. Корректирующий электролит плотностью 1,40 можно доливать лишь в том случае, когда залили дистиллированной воды больше, чем этого требовалось и плотность даже после зарядки не поднялась для рекомендованного значения.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе?

Многим этот вопрос кажется простым, а ответ очевидным. Слить электролит с низкой плотностью и залить с более высокой. Или слить только часть, а вместо неё добавить концентрированный раствор. Но перед тем как это делать, стоит задуматься, а надо ли? Такой подход требуется в единичных случаях. Есть ещё один более правильный вариант – это поднятие плотности электролита с помощью зарядки. Чаще всего именно так и следует повышать плотность. В этой заметке речь пойдёт о том, как правильно поднять плотность электролита, зарядкой или заменой. Рассмотрим, что более уместно в той или иной ситуации.

 

Содержание статьи

А какая плотность нормальная?

Как известно, электролит в свинцово-кислотном аккумуляторе является раствором серной кислоты (H₂SO₄) в воде (используется дистиллированная вода без примесей). В рамках этого материала мы не будет рассказывать о сортах серной кислоты, её плотности и т. п. Если интересно, можете прочитать это в отдельном материале про электролит.

Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора должна быть на отметке 1,27 гр/см³. Обычно в разных банках она лежит в интервале 1,25─1,27 гр/см³. При этом ЭДС на выводах аккумуляторной батареи 12,6─12,9 вольта. В таблице ниже можно посмотреть зависимость плотности, напряжения, степени заряженности и температуры замерзания электролита.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11	11,7	8,4	0	-7
1,12	11,76	8,54	6	-8
1,13	11,82	8,68	12,56	-9
1,14	11,88	8,84	19	-11
1,15	11,94	9	25	-13
1,16	12	9,14	31	-14
1,17	12,06	9,3	37,5	-16
1,18	12,12	9,46	44	-18
1,19	12,18	9,6	50	-24
1,2	12,24	9,74	56	-27
1,21	12,3	9,9	62,5	-32
1,22	12,36	10,06	69	-37
1,23	12,42	10,2	75	-42
1,24	12,48	10,34	81	-46
1,25	12,54	10,5	87,5	-50
1,26	12,6	10,66	94	-55
1,27	12,66	10,8	100	-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Падение плотности ниже 1,15 гр/см³ (ЭДС ниже 12 В) рекомендуется не допускать. Это приводит к необратимым последствиям для аккумулятора. Если автомобиль эксплуатируется в холодном климате, то плотность допускается увеличивать до 1,29─1,3 гр/см³. От себя могу добавить, что в последнее время часто встречаю новые аккумуляторы типа Ca/Ca, у которых электролит в заряженном состоянии (ЭДС > 12,6 В) имеет плотность 1,24─1,25 гр/см³. Об таких фактах можно найти немало отзывов в сети. С чем это связано? Мне кажется, причина может быть только в сульфатации во время хранения.

Вернуться к содержанию
 

А нужно ли поднимать плотность?

Если коротко, то далеко не всех случаях требуется повышение плотности. Точнее не требуется её повышение неестественными способами. Чтобы пояснить мысль, нужно обратиться к процессам, происходящим в свинцово-кислотной электрохимической системе.

Аккумуляторная батарея состоит из наборов положительных и отрицательных электродов, погруженных в раствор серной кислоты. Чтобы исключить замыкание, электроды помещены в изолирующие конверт-сепараторы. Электрод состоит из решётки и обмазки.

Решётки изготавливаются по различным технологиям из разных сплавов и это тема отдельного разговора. А в качестве обмазки на отрицательных электродах присутствует порошкообразный свинец (Pb), а на положительных – паста диоксида свинца (PbO₂). Последний имеет красно-коричневый цвет.

В процессе разряда АКБ на электродах протекают следующие реакции при непосредственном участии электролита.

Положительный электрод (анод)

PbO₂ + SO₄^2- + 4H⁺ + 2e^— => PbSO₄ + 2H₂O

Отрицательный электрод (катод)

Pb + SO₄^2- — 2e^— => PbSO₄

Общая реакция в электрохимической системе описывается уравнением

Pb + 2H₂SO₄ + PbO₂ => 2PbSO₄ + 2H₂O

Как видите, в процессе разряда серная кислота из электролита взаимодействует как с диоксидом свинца на аноде и металлическим свинцом на катоде с образованием сульфата свинца (PbSO₄) и воды (H₂O). Ток течёт от анода к катоду. В результате реакции постепенно падает плотность электролита. Обычно нижний предел 1,1─1,15 гр/см³. К этому моменту поры обмазки забиваются сульфатом свинца и реакция сходит на нет. Напряжение на выводах к этому моменту падает до 12 вольт и ниже.

При заряде указанные реакции идут в обратном направлении. То есть, сульфат свинца растворяется с расходом воды и образованием Pb, PbO₂ и серной кислоты. Концентрация электролита растёт и плотность увеличивается.

К чему все это было сказано? Дело в том, что плотность электролита должна повышаться «естественным путём» в результате зарядки. Если к моменту окончания заряда плотность не достигла 1,27 гр/см³, то причина проблемы не электролит, а система в целом. Конечно, это условии, что зарядное устройство (ЗУ) работает исправно и плотность вы измеряете исправным ареометром.

Итак, в чём причина пониженной плотности к моменту окончания заряда? Это процесс сульфатации, подробнее о котором можно прочитать здесь. Постепенно в процессе эксплуатации часть PbSO₄ не растворяется до конца во время зарядки и накапливается на активной массе электродов. Это значит (см. реакции выше), что процессы при зарядке прошли не до конца. Поскольку растворился не весь сульфат свинца, то восстановилась не вся серная кислота и осталось больше воды. Результат – концентрация электролита меньше, как и его плотность.

Отсюда вывод. Чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, нужно в первую очередь заниматься десульфатацией и максимально полной зарядкой АКБ. Если пониженная плотность вызвана сульфатацией, то не следует повышать её увеличением концентрации электролита. Это только усугубит ситуацию.

Даже если плотность ниже 1,27 гр/см³, все вещества остаются в электрохимической системе. Если вы искусственно увеличиваете плотность электролита, то равновесие нарушается и концентрация PbSO₄ будет ещё больше. При разряде из электролита выделится сульфат свинца, который уже точно не растворится при заряде, поскольку теперь он в избытке. А плотность по окончании заряда снова будет ниже нормы. И так далее.

Что делать? Никому не навязываю своё мнение, но, мне кажется замена электролита (или изменение его плотности «вручную») для увеличения плотности уместна в следующих случаях.

• Перелили воды или она попала туда в результате ЧП. В результате этого снизилась плотность.
• Нужно повысить плотность электролита для использования в холодном климате.

Я менял электролит в АКБ только один раз из-за непредвиденной ситуации. Заряжал его как-то даче рядом с домом под открытым небом. Зарядил, отключил, но пробки закрывать не стал, чтобы газы вышли он отстоялся немного. Занялся другими делами и забыл про него. Пошёл ливень и все залило с верхом. Пришлось выбирать оттуда старый и заливать новый покупной электролит с нормальной плотностью. Если же просто упала плотность в результате эксплуатации, это не повод увеличивать его концентрацию.

Вернуться к содержанию
 

Как повысить плотность электролита в Pb аккумуляторе?

Итак, вы всё же решили поднять плотность раствора в аккумуляторной батарее. Как это сделать? Вам потребуется электролит (продаётся в автомобильных магазинах с плотностью 1,27─1,29 гр/см³), ёмкость для откачиваемого электролита, резиновая «груша», длинная гибкая трубка из материала стойкого к серной кислоте, пластиковая воронка (удобно заливать электролит обратно в банки), зарядное устройство.

Внимание! Электролит является едким веществом! При попадании на кожу и слизистые вызывает сильный химический ожог! Поэтому при работе обязательно используйте очки для защиты глаз, а также резиновые перчатки для защиты рук. Если будете разводить концентрированную кислоту, помните, что нужно наливать кислоту в воду, а не наоборот. При падании электролита на кожу или слизистые нужно обратиться в больницу.

Процесс выглядит примерно так.

• Зарядили аккумулятор по максимуму.
• Выбрали старый электролит. Именно так, выбрали, откачали и т. п. С помощью гибкой трубки из материала, стойкого к кислоте и обычной резиновой «груши». Не допускается переворачивать АКБ для слива. В этом случае осыпавшиеся частицы со дна могут замкнуть пластины. Или электроды деформируются, порвут сепаратор и будет замыкание. В случае замыкания банки аккумулятор можно смело идти сдавать в приёмку.
• Затем заливаете покупной или самостоятельно приготовленный электролит с плотностью 1,27─1,29 гр/см³.
• Даёте отстояться немного. При необходимости заряжаете.

Это если нужна полная замена электролита, когда он испорчен. Если же нужно увеличить концентрацию, то можно частично отобрать электролит из банок. Я для этого использую колбу от старого ареометра. Поплавок давно разбился, а колбу я оставил и использую вместо «груши».

Затем в банки заливаете такое же по объёму количество раствора более высокой концентрации. Можно использовать аккумуляторную кислоту (92─94%) плотностью 1,835 гр/см³. После этого можно поставить АКБ на зарядку для выравнивания концентрации. Не нужно трясти и бултыхать батарею для перемешивания. Иначе могут быть те же последствия, что и при переворачивании.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к материалу, а также ваше мнение о повышении плотности электролита в свинцово-кислотном аккумуляторе, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию

Как поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях

В автомобильных аккумуляторах, которые находятся в активной эксплуатации со временем происходит падение плотности. Это может происходить по ряду причин. Сервисы предлагают услуги по корректировке плотности АКБ. Также проблему можно решить самостоятельно. Но прежде всего стоит ознакомиться с тем, как поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях.

По каким причинам происходит падение плотности

Прежде чем сразу же приступать к исправлению проблемы стоит разобраться в причине ее возникновения.  Для АКБ явление падения плотности — это естественное явление. При разряде она показатели снижаются, при заряде повышаются.

Низкие показатели в АКБ говорят о следующем:

1. Батарея просто разряжена.
2. Аккумулятор перенес перезарядку, из-за чего раствор просто выкипел.
3. Дистиллированная вода просто доливалась без замера показателей.

В первом случае падение — это естественное явление. Во втором, когда батарея перенесла перезарядку произошло частичное выкипание, что сильно повлияло на параметры жидкости. В третьем, упала плотность электролита в аккумуляторе из-за большого содержания воды.

Важно! Плотность электролита прямо влияет на качество батареи. А самое главное на то как она будет держать заряд.

Рекомендуется постоянно производить замеры показателя плотности электролита при первых признаках. К ним можно отнести быструю разрядку АКБ. В противном случае при долгой работе с некорректными показателями пластины внутри батареи будут разрушены. Исправить такое можно будет только полностью заменив батарею.

Способы повышения плотности

Повысить плотность электролита в АКБ можно поднять несколькими способами. Они различаются своей сложностью исполнения и длительностью.

Корректирующий электролит

Повышение плотности электролита в аккумуляторе происходит в несколько этапов. В этом действии важно соблюдать последовательность, только в этом случае можно получить достоверные результаты.

Также потребуются следующие инструменты и продукты:

• ареометр;
• стеклянные емкости;
• груша для извлечения лишней жидкости;
• перчатки для защиты;
• пластмассовые защитные очки;
• корректирующий электролит;
• дистиллированная вода.

Важно! Перед тем как приступить к работе необходимо убедится, что батарея находилась несколько часов в помещении с температурой 20-25 градусов.

Чтобы реанимировать батарею и поднять плотность электролита в аккумуляторе требуется выполнить следующие действия:

1. Зарядить АКБ, в котором предположительно упала плотность электролита. Важно чтобы батарея заряжалась около 8-12 часов. Необходимо чтобы она стала именно полностью заряженной, так как этот момент сильно влияет на показатели.
2. После зарядки требуется замерить параметр ареометром в каждой банке АКБ. Показатели должны быть в пределах 1.25-1.27 г/см в кубе. Отклонение в показателях между банками допускается до 0.01.
3. Если результат оказался ниже нормы, требуется откачать часть электролита из банок с недопустимыми параметрами.
4. В банку заливается корректирующий электролит, в объеме в двое меньше откаченного. Далее заливают дистиллированную воду для закрытия пластин.
5. Как только была произведена частичная замена электролита необходимо поставить АКБ на подзарядку. Достаточно 30-60 минут. После требуется оставить батарею на 2 часа чтобы жидкость смешалась.
6. По истечению времени производится повторный замер. Если она все также ниже нормального действия повторяются.

Важно! Если планируется самостоятельно делать корректирующий электролит стоит заливать кислоту в воду, а не наоборот. В противном случае произойдет реакция, в ходе которой вода вскипит, и кислота расплескаться.

Выравнивание с помощью зарядки

Для этого метода потребуется зарядное устройство для АКБ с возможностью регулировать выходное напряжение. Простая зарядка, которая уменьшает силу тока при полном заряде не подойдет.

Корректировка плотности электролита в аккумуляторе происходит по следующей схеме:

1. Батарея полностью заряжается.
2. Когда электролит начинает кипеть силу тока снижается до 1-2 А.
3. Пока электролит кипит вода из него испаряется и плотность постепенно повышается.
4. После падения уровня необходимо долить электролит, и замерить плотность.

Выпариваться жидкость будет очень медленно и может понадобится более 24 часов. Этот способ наиболее безопасен. За счет естественного испарения замена производится без выкачивания химического раствора.

Полная замена

В случае если хоть в одной банке показатели ниже чем 1.18 г/м в квадрате, то поможет только полная замена электролита. Это действие стоит проводить очень аккуратно так как при ошибке вся батарея может выйти из строя.

Замена производится следующим образом:

1. Из банок в АКБ выкачивается максимально возможное количество жидкости при помощи груши.
2. После чего необходимо аккуратно перевернуть батарею на бок и просверлить отверстия в каждой банки. С них необходимо слить остатки электролита.
3. После чего все емкости осторожно промываются дистиллятом. Отверстия запаиваются пластиком, который устойчив к кислоте.
4. В свежевымытые банки заливается раствор электролита с необходимой плотностью. Далее батарея заряжается и проверяется на работоспособность.

Можно залить готовый корректирующий раствор, а после нормализовать параметры просто доливая дистиллированную воду.

Важно! Батарею требуется перевернуть очень аккуратно и медленно. Дело в том, что на дне остается осадок из свинца и при резком перевороте он может застрять между пластин тем самым их закоротив. После этого, как правило, батарея становится не дееспособной.

Как понизить

В некоторых случаях плотность не падает, а наоборот увеличивается. Такой исход также негативно сказывается на общем состоянии аккумулятора. Понижение происходит следующим образом:

1. Из банок откачивается некоторое количество электролита.
2. После чего заливается дистиллированная вода.
3. Измеряется плотность, и в случае если она выше 1.27 необходимо добавить воды.

Желательно вводит воду постепенно. Это поможет избежать слишком сильного понижения показателей.

Чем опасна высокая или низкая плотность

Высокая плотность электролита в аккумуляторе приводит к быстрому разрушению пластин. С течением времени пластины будут съедены кислотой, и аккумулятор выйдет из строя.

Низкая плотность электролита в аккумуляторе не дает батареи держать заряд так как значительно падает емкость. Также повышенная концентрация именно воды увеличивает вероятность того что зимой такая батарея просто заледенеет из-за кристаллизации при низких температурах.

Также плотность рекомендуется выбирать исходя из времени года и региона. Разброс в параметрах не сильный, но это поможет избежать многих проблем с обслуживанием аккумулятора.

Советы и рекомендации

Для того, чтобы корректировка плотности прошла успешно, и батарея не была повреждена стоит следовать некоторым рекомендациям:

• Замер производить только при температуре 20-25 градусов;
• Все параметры измеряются у полностью заряженного аккумулятора;
• Для корректировки использовать специальный раствор с плотностью 1.4. Нельзя заливать более насыщенный раствор кислоты, это приведет к разогреву электролита в батарее;
• Корректируется жидкость в каждой банке, главное, чтобы между значениями отдельных емкостей не разнилось больше чем на 0.01;
• Жидкость должна покрывать пластины на 1-2 см.

Совет! Если после всех манипуляций показатели падают за короткое время и не приходит в норму после зарядки батарею следует заменить.

Иногда выровнять плотность электролита в банках аккумулятора невозможно. Это, как правило, происходит по причине того, что батарея не исправна и аккумулятор не может держать плотность.

Заключение

Плотность электролита и его уровень оказывают сильное влияние на работоспособность и эффективность аккумулятора. Своевременная корректировка позволяет увеличить срок службы АКБ. Главное совершать все действия правильно в соответствие с нормами безопасности.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе?

Диагностика и ремонт10 октября 2020

В автомобильные свинцовые батареи залит водный раствор серной кислоты, удельный вес которого определяет степень заряда. В процессе эксплуатации параметр падает, что приводит к снижению емкости и проблемам с пуском двигателя при отрицательной температуре. Владелец автомобиля может поднять плотность электролита в аккумуляторе, но при деградации активной массы с образованием шлама восстановить исходную емкость батареи не получится.

Причины падения плотности электролита

Снижение удельного веса рабочей жидкости в кислотных АКБ происходит в случаях:

1. Естественного разряда батареи (например при многократных попытках пуска силового агрегата с неисправными системами зажигания и подачи топлива). На части аккумуляторов предусмотрено смотровое окно с цветным поплавком, позволяющим определить степень зарядки по плотности. Следует учесть, что глазок обеспечивает замер только в 1 банке и не дает полноценной картины состояния источника постоянного тока.
2. Доливки в ячейки батареи дистиллированной воды без проведения контрольных замеров удельного веса. В процессе эксплуатации часть электролита выкипает, владельцы восполняют недостаток добавлением воды в банки. В результате плотность раствора падает ниже допустимого порога, емкости аккумулятора не хватает для работы светотехнического оборудования или стартера под нагрузкой.
3. Выкипания части электролита из-за перезаряда (например при поломке регулятора напряжения на генераторе) либо длительной эксплуатации батареи при повышенной температуре воздуха.

Чем опасна низкая плотность?

Падение концентрации серной кислоты приводит к уменьшению емкости с одновременным ростом внутреннего сопротивления пластин батареи. В результате аккумулятор не в состоянии подавать требуемый пусковой ток. Дополнительной проблемой является повышение температуры замерзания электролита.

Формирующиеся кристаллы льда разрушают элементы конструкции и пластиковый корпус. Высыпающаяся из решеток активная масса замыкает пластины, что приводит к ускоренному саморазряду и окончательному выходу батареи из строя.

Как повысить плотность электролита в АКБ?

Владелец автомобиля может восстановить плотность несколькими способами:

• заливкой в банки электролита с повышенной концентрацией серной кислоты, позволяющей компенсировать падение удельного веса;
• зарядить аккумулятор с помощью внешнего блока питания;
• произвести замену электролита с промывкой банок дистиллированной водой.

Восстановление возможно при наличии винтовых пробок в крышке источника питания. Многие производители (например Varta или Bosch) выпускают изделия необслуживаемого типа с запаянными банками. Для доступа потребуется частично разобрать крышку и просверлить отверстия, которые затем заклеивают или запаивают пластиком. При разведении электролита следует учесть, что не допускается введение дистиллированной воды в кислоту. Работы по обслуживанию АКБ рекомендуется выполнять в перчатках и защитных очках в хорошо проветриваемом помещении.

Корректирующий электролит

Алгоритм действий:

1. Отключить аккумулятор от бортовой сети автомобиля и занести в помещение, дождаться прогрева корпуса до температуры +20…+25°С. Протереть корпус от пыли и следов электролита тряпкой, смоченной в растворе нашатырного спирта.
2. Отвернуть вентиляционные пробки (при наличии) и подсоединить клеммы зарядного устройства.
3. Выставить ток зарядки на уровне 10% от емкости батареи или перевести регулятор в положение автоматической работы и произвести восстановление ресурса на протяжении 8-10 часов. Процесс проводят в проветриваемом помещении, поскольку электролит выделяет пары кислоты и взрывоопасный водород.
4. После окончания зарядки и прекращения выделения газов («кипения» электролита) провести замер ареометром. Допустимая плотность находится в диапазоне от 1,24 до 1,27 г/см³, отклонение между ячейками не должно быть больше 0,01 г/см³. Если разница превышает допустимый порог или удельный вес ниже минимального уровня, то необходимо ввести свежий электролит. Следует учитывать, что корректирующее вещество нельзя использовать при повышенном удельном весе рабочей жидкости в батарее.
5. Откачать часть жидкости медицинским шприцем или резиновой грушей с удлинительной трубкой.
6. Залить корректирующий раствор плотностью 1,33 г/см³ до нормального уровня (жидкость должна перекрывать верхние кромки пластин на 15-20 мм).
7. Провести зарядку батареи на протяжении 30-40 минут в автоматическом режиме.
8. Выдержать аккумулятор 2 часа для смешивания фракций, стабилизации температуры и удаления пузырей газа из жидкости.
9. Повторно проверить плотность, при недостаточном параметре провести процедуру повторно. Для снижения удельного веса следует слить часть электролита и ввести дистиллированную воду. Если выровнять плотность в ячейках не удается, то необходимо провести стабилизирующую зарядку (сила тока в цепи в 2-3 раза ниже номинального значения).
10. Закрыть пробки и подключить аккумулятор к бортовой сети машины.

Выравнивание с помощью зарядки

Методика снижения плотности зарядкой подразумевает подачу тока силой 1-2 А на клеммы заряженной батареи. В результате кипения из электролита постепенно уходит дистиллированная вода, плотность повышается до нормативного значения.

Процедура занимает до 24 часов, владельцу необходимо периодически проверять удельный вес ареометром. В случае чрезмерного роста показателя необходимо разбавить электролит дистиллированной водой.

Полная замена

Последовательность действий при обслуживании:

1. Снять батарею и очистить корпус от грязи ветошью и нашатырным спиртом, а затем открыть пробки. Если аккумулятор оснащен монолитной крышкой, то потребуется просверлить отверстия диаметром 2-3 мм. При выполнении работы важно не повредить свинцовые пластины. Не допускается сверление боковых крышек или дна корпуса, поскольку герметично заделать каналы невозможно.
2. Откачать электролит из банок подручными средствами (например медицинским шприцем или корпусом ареометра с вынутым поплавком). Слитую жидкость собрать в отдельную емкость и утилизировать. Не допускается переворачивание корпуса, поскольку скопившийся шлам попадает в зазоры между пластинами и вызывает короткие замыкания.
3. После обнажения верхних кромок пластин наклонить корпус вбок на 45° и откачать остатки жидкости. Поскольку между электродами и в нижней части банок остается реагент, то следует заполнить ячейки дистиллированной водой для промывки. Для улучшения проникновения рекомендуется покачивать корпус в разных направлениях с наклоном до 45°. Промывку следует повторить 2-3 раза. Полностью удалить старый электролит невозможно (например, жидкость остается в решетках пластин).
4. Вставить в отверстие воронку и залить свежий электролит с требуемой плотностью до нормативного уровня. В батареи с монолитной крышкой жидкость можно заправить резиновой грушей.
5. Закрыть пробки или заклеить отверстия, а затем выдержать аккумулятор в течение 5-6 часов. Подавать ток силой 0,1 А на протяжении суток, избегая кипения электролита, а затем увеличить показатель до 10% от номинальной емкости АКБ и довести напряжение на клеммах до 14,5-14,7 В.

Профилактические меры и советы по эксплуатации АКБ

В процессе эксплуатации автомобильной батареи необходимо удалять загрязнения с поверхности корпуса. Оседающие пары электролита формируют дорожки между полюсами, что приводит к ускоренной разрядке. На машинах старого образца не предусмотрена система электронного контроля зарядки, поэтому необходимо периодически проверять напряжение в бортовой сети. В случае использования цифровой шины CAN или LIN блок управления автоматически поддерживает АКБ в заряженном состоянии.

Если автомобиль эксплуатируется в регионах с минимальными температурами ниже -50°С, то плотность электролита необходимо довести до 1,29 г/см³ (при полной зарядке). Дополнительная серная кислота позволяет снизить точку кристаллизации раствора. Если машина эксплуатируется зимой редко или водитель совершает частые поездки на короткие расстояния, то следует периодически заряжать батарею от внешнего устройства.

Удельный вес электролита батареи Обзор

Удельный вес электролита батареи Обзор

Применение и технология аккумуляторов

Обзор удельного веса электролита батареи

Одним из ключевых параметров работы аккумулятора является удельный вес электролита.Удельный вес — это отношение веса раствора к весу равного объема воды при заданной температуре. Удельный вес используется как индикатор степени заряда элемента или батареи. Однако измерения удельного веса не могут определить емкость батареи. Во время разряда удельный вес уменьшается линейно с разряженными ампер-часами, как показано на рисунке ниже.

Изменения напряжения и удельного веса во время зарядки и разрядки

Следовательно, во время полностью заряженного установившегося состояния при работе и при разряде, измерение удельного плотность электролита дает приблизительное индикация состояния заряда ячейки.Нисходящий наклонная линия для удельного веса во время разгрузки аппроксимируется уравнением ниже:

Удельный вес = напряжение холостого хода ячейки — 0,845

или

Напряжение холостого хода элемента = удельный вес + 0,845.

Приведенные выше уравнения допускают электрические время от времени мониторинг приблизительного удельного веса основание.Как упоминалось ранее, измерения удельного веса нельзя брать с герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами. Измерение напряжения холостого хода ячейки использовалось как индикатор уровня заряда герметичного аккумулятора. Более надежные методы определения степени заряженности герметичные батареи находятся в стадии разработки.

Удельный вес уменьшается во время разряд батареи до значения, близкого к чистой воде и увеличивается при перезарядке.Батарея есть считается полностью заряженным, когда удельный вес достигает его максимально возможное значение.

Удельный вес, конечно, зависит от температура и количество электролита в ячейке. Когда электролит около отметки низкого уровня, удельный гравитация выше номинальной и падает по мере добавления воды в ячейку, чтобы довести электролит до полного уровня.В объем электролита увеличивается при повышении температуры и сжимается при понижении температуры, тем самым влияя на чтение плотности или удельного веса. Поскольку объем электролит расширяется, показания снижаются и, и наоборот, удельный вес увеличивается с более холодным температуры.

Удельный вес данной батареи равен определяется приложением, в котором он будет использоваться, принимая учитывать рабочую температуру и время автономной работы.Типичный удельный вес для определенных приложений показан в Таблица 1.

Таблица 1

В подборе АКБ по заданной приложение, некоторые эффекты высокой или низкой специфичности учитываемая сила тяжести:

Высшая гравитация	Нижняя гравитация
Больше вместимости	Меньше вместимость
Меньше жизни	Более длительный срок службы
Требуется меньше места	Требуется больше места
Более высокая мгновенная скорость разряда	Мгновенная скорость разряда ниже
Менее приспособлен к «плавающему»: операция	Больше возможностей для «плавающего» режима
Больше постоянного убытка	За вычетом постоянного убытка

Раствор с более высоким удельным весом более тяжелый на единицу объема, чем один с более низким удельным весом.Следовательно, более концентрированный электролит, образующийся во время зарядка опускается на дно аккумуляторной емкости, создавая градиент удельного веса. Отравление газом, происходящее на перезарядка служит «мешалкой» и заставляет удельный вес однороден по всей ячейке. Избегать ошибочные показания, измерения удельного веса должны только после уравнивающего заряда и последующих плавающий заряд не менее 72 часов.

Техническое обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторов

Электролит свинцово-кислотных аккумуляторов

Электролит свинцово-кислотных аккумуляторов представляет собой раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Удельный вес чистой серной кислоты составляет около 1,84, и эту чистую кислоту разбавляют дистиллированной водой до тех пор, пока удельный вес раствора не станет от 1,2 до 1,23. Хотя в некоторых случаях производитель батареи рекомендует удельный вес разбавленной серной кислоты в зависимости от типа батареи, сезона и климатических условий.

Химическое действие свинцово-кислотной батареи

Элементы батареи можно заряжать, изменяя направление тока разряда в батарее. Это делается путем соединения положительной клеммы источника постоянного тока с положительной клеммой аккумулятора и аналогично отрицательной клеммы источника постоянного тока с отрицательной клеммой аккумулятора.

Зарядное устройство выпрямительного типа подходящей емкости используется в качестве источника постоянного тока для замены батареи. Из-за зарядного тока (обратного току разряда) положительные пластины заменяются перекисью свинца, а отрицательные пластины — чистым свинцом.Как только нагрузка подключается к клеммам аккумулятора, через нагрузку начинает протекать разрядный ток, и аккумулятор начинает разряжаться. Во время процесса разряда кислотность раствора электролита снижается, и сульфат свинца откладывается как на положительных, так и на отрицательных пластинах. В этом процессе разряда количество воды в растворе электролита увеличивается, то есть уменьшается удельный вес электролита.
Теоретически, этот процесс разряда продолжается до тех пор, пока отрицательная и положительная пластины не будут содержать максимальное количество сульфата свинца, и в этот момент оба типа пластин станут электрически подобными, что означает отсутствие разности потенциалов между электродами ячейки.Но практически до этого момента ни один элемент батареи не может разряжаться.

Элементы батареи могут быть разряжены до заранее определенного минимального напряжения и удельного веса элемента. Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумуляторный элемент имеет напряжение и удельный вес 2,2 В и 1,250 соответственно, и этот элемент обычно разрешается разряжать до тех пор, пока соответствующие значения не станут 1,8 В и 1,1 соответственно.

Техническое обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторов

Если элементы чрезмерно заряжены, физические свойства сульфата свинца постепенно изменяются, и он может стать стойким, из-за чего его будет трудно преобразовать в процессе зарядки.Следовательно, уменьшается удельный вес электролита, что затрудняет скорость химической реакции.

Сульфатированные аккумуляторные элементы можно легко распознать по измененному цвету пластин. Цвет сульфатированной пластины становится светлее, а ее поверхность становится жесткой и шероховатой. Такие элементы преждевременно выделяют газ при зарядке и показывают уменьшенную емкость. Если сульфатация длится долгое время, становится трудно исправить клетки. Чтобы избежать этой ситуации, рекомендуется заряжать свинцово-кислотные элементы аккумуляторной батареи в течение длительного времени при низком уровне зарядного тока.
Всегда высока вероятность коррозии клеммных разъемов аккумуляторных элементов. Коррозия в основном поражает болтовое соединение ячеек в ряду. Этого можно легко избежать, если правильно проверить и исправить затяжку каждого болта, а также покрыть каждое болтовое соединение гайкой тонким слоем вазелина. Если какая-либо из ячеек подверглась коррозии, ее следует немедленно заменить.

Удельный вес электролита может постоянно уменьшаться из-за эффектов старения.Эта проблема обычно встречается в старых аккумуляторных элементах. Это в основном связано с,

1. Действие осадка на дне контейнера ячейки.
2. Из-за потери кислоты из-за разбрызгивания во время зарядки.
3. Неадекватное лечение после устранения короткого замыкания.
4. Из-за чрезмерного сульфирования пластин.

Если снижение удельного веса не связано с сульфатацией или коротким замыканием, можно добавить концентрированную серную кислоту для восстановления нормального значения удельного веса.
Короткое замыкание между положительной и отрицательной пластинами может возникнуть из-за образования деревьев или из-за коробления пластин. Древовидное образование обычно происходит из-за чрезмерного выделения газа, которое имеет тенденцию отделять активные материалы от пластин. Частицы активных материалов падают в электролит и могут накапливаться на отрицательных пластинах таким образом, чтобы перекрыть пространство между положительной и отрицательной пластинами. Эти деревья можно удалить с помощью щетки для чистки из эбонита. С помощью этой палки можно исследовать пространство между этими двумя типами пластин ячейки и удалять сыпучие материалы или деревья.
Если короткое замыкание вызвано короблением пластин, его можно устранить, вставив дополнительный разделитель или сняв и выпрямив пластины механически.
После устранения короткого замыкания следует позаботиться о восстановлении нормального удельного веса электролита путем постоянной зарядки большим током.

Обслуживание батареи Свинцово-кислотная батарея Комната

Во время зарядки батареи высока вероятность появления брызг кислоты и газов. Они могут загрязнить атмосферу, окружающую аккумулятор.Следовательно, внутри аккумуляторной комнаты необходимо иметь достаточно места и хорошую вентиляцию. Эти газы могут взорваться, поэтому запрещается приносить открытый огонь внутрь аккумуляторной, а также строго запрещено курение внутри аккумуляторной. В аккумуляторной должен быть установлен по крайней мере один вытяжной вентилятор подходящего размера, чтобы в помещении не было этих газов и влаги. Температура внутри аккумуляторной должна всегда поддерживаться выше 10 ^o C.Стены, потолок, двери, оконные рамы, вентиляторы, металлические части и другое оборудование в аккумуляторной следует через регулярные промежутки времени окрашивать антикислотным покрытием. Электропроводка внутри помещения должна быть в металлическом кабелепроводе, а осветительные приборы должны быть пожаробезопасными по конструкции. Все переключающие элементы, включая электрические предохранители и штепсельные розетки, должны быть установлены вне аккумуляторной, иначе может возникнуть опасность возгорания из-за искры во время переключения.Пол в комнате должен быть хорошо отделан, желательно керамической плиткой. Пол и стены в помещении следует регулярно тщательно мыть.

При обращении с аккумуляторной батареей на подстанции необходимо соблюдать некоторые меры безопасности.
1	Не курите в помещении.
2	Не приносите пламя внутрь помещения.
3	Не создавайте искр в помещении.
4	При работе с аккумулятором надевайте защитные очки и резиновые перчатки.
5	При приготовлении электролита всегда постепенно добавляйте концентрированную кислоту в воду.
6	Никогда не наливайте воду в концентрированную кислоту.

Все вышеперечисленные пункты должны быть вывешены на двери или любом другом хорошо видимом месте аккумуляторной.
Следующие правила необходимо соблюдать при эксплуатации, управлении и аварийном освещении аккумуляторной батареи.

1. Не допускайте длительного простоя аккумулятора, это может привести к отключению элементов аккумулятора.
2. Не заряжайте аккумулятор очень сильным током, потому что высокая скорость зарядки вызывает сильное повышение температуры и чрезмерное выделение газа, что приводит к большой потере воды и иногда к переполнению электролита из аккумуляторных элементов.
3. После каждой полной разрядки аккумулятор необходимо сразу же зарядить, прежде чем возвращать его в нормальное плавучее состояние.В противном случае возможно отложение сульфатной пленки на пластинах.
4. Как уже упоминалось, элементы батареи следует заряжать осторожно с нормальной скоростью, чтобы не было возможности немедленного выделения газов и повышения температуры выше 40 ^o C. В противном случае элементы батареи могут быть повреждены из-за высокой температуры. Во время зарядки аккумуляторов требуется постоянный контроль, если начинается выделение газа и температура достигает указанного предела, уменьшите скорость зарядки.Если после снижения скорости зарядки температура все еще приближается к пределу, это указывает на завершение процесса зарядки, потому что даже нормальная скорость зарядки может вызвать сильное повышение температуры, если аккумулятор приближается к полностью заряженному состоянию.
5. Напряжение каждой из ячеек батареи должно быть проверено перед завершением зарядки, и каждая из ячеек должным образом и одинаково заряжена, а показания также должны быть сопоставлены с предыдущими записями.
6. Если уровень электролита внутри аккумуляторного элемента падает, его необходимо наполнить дистиллированной водой до уровня, указанного на самом элементе.Это необходимо для компенсации потерь воды из-за испарения.
7. При заливке дистиллированной воды в аккумуляторный элемент необходимо внимательно следить за тем, чтобы уровень электролита в аккумуляторных элементах не превышал отмеченную на нем линию. В противном случае может возникнуть вероятность перелива электролита во время подачи газа в аккумулятор. Высокий уровень электролита также может вызвать размягчение герметика на верхней крышке и последующую утечку в аккумуляторном элементе.
8. Удельную массу следует измерить не менее чем через две недели после доливки, чтобы обеспечить тщательное смешивание воды с электролитом.
9. Аккумулятор следует разряжать до допустимого предела, а затем перезаряжать его раз в 2–3 месяца. Скорость перезарядки должна соблюдаться, как указано производителем. Эта операция очень важна для поддержания кислотной аккумуляторной батареи в активном состоянии.
10. При измерении удельного веса электролита не следует забывать корректировать его по температуре. Таким образом, все показания ареометра будут относиться к одной и той же температуре. Ареометр следует содержать в чистоте с использованием дистиллированной воды, в противном случае ареометр приведет к неправильным показаниям и ухудшит качество электролита.Удельный вес электролита должен находиться в пределах от 1,180 до 1,240. Низкое значение удельного веса снижает емкость аккумулятора, а высокое значение вредит пластинам аккумулятора.
11. Батарея подстанции обычно работает в плавающем режиме. В плавающем режиме на батарею подается постоянное напряжение от зарядного устройства во время ее нормальной работы, чтобы поддерживать батарею примерно в полностью заряженном состоянии. В нормальных условиях зарядное устройство питает нагрузку подстанции, а также компенсирует потери в батарее.Но в случае высокого спроса при одновременной работе многих переключателей аккумулятор и зарядное устройство объединяются для удовлетворения спроса.
12. В нормальном плавающем состоянии напряжение элемента, удельный вес и температура контрольных элементов должны измеряться ежедневно, чтобы отслеживать состояние батареи в целом. Но одни и те же показания каждого элемента батареи следует снимать не реже одного раза в месяц, чтобы постоянно контролировать состояние отдельной ячейки.
13. Аккумулятор следует заправлять свежим электролитом один раз в три года, чтобы поддерживать аккумулятор в надлежащих условиях эксплуатации.
14. Следует отметить, что пилотная ячейка блока батарей — это одна произвольно выбранная ячейка батареи, которая используется для получения информации об общем состоянии батареи. Но одна пилотная ячейка должна быть закреплена на один месяц и должна быть заменена в следующем месяце.
15. Это было краткое описание обслуживания аккумуляторной батареи подстанции , но всегда предпочтительнее следовать инструкциям, данным в руководстве по техническому обслуживанию, поставляемом также производителем.

Gel Battery — обзор

11.4 Альтернативные конструкции пластин и ячеек для высокопроизводительной работы

Прежде чем мы углубимся в альтернативную конструкцию ячеек, мы должны рассмотреть аспект возможностей проектирования при сравнении конструкции ячейки с затоплением и конструкции ячейки VRLA (свинцово-кислотный элемент с регулируемым клапаном) в в частности AGM (абсорбирующий стекломат). Мы не рассматриваем гелевые батареи, которые также подпадают под категорию VRLA, так как гелевый дизайн в целом обеспечивает худшие быстродействующие характеристики из-за общих свойств гелеобразного электролита.Гелевые батареи обладают превосходными характеристиками в приложениях с глубоким циклом (50% DoD и даже больше), и поэтому являются предпочтительным решением для циклического режима, а не для работы с HRPSoC.

В залитой батарее всегда должен быть избыток электролита на верхней части пластины и даже лучше, покрывающий межэлементное сварное соединение из соображений безопасности. Наличие межэлементного соединения выше максимального уровня кислоты может вызвать сильную коррозию и отсоединение ячеек друг от друга. В этом случае батарея преждевременно выйдет из строя, и, кроме того, существует риск того, что во время этого отключения возникнет искра, которая может привести к взрыву батареи.В зависимости от области применения различные спецификации предполагают, что уровни кислоты над пластинами составляют около 30–40 мм, что требует для данного объема ячейки более короткую пластину и, следовательно, меньшую геометрическую площадь поверхности. Аккумуляторы AGM имеют другую конструкцию, и поскольку в элементе (и, следовательно, над пластинами) нет свободного электролита, принимаются другие меры для предотвращения коррозии верхнего свинца и межэлементной сварки. Это включает лужение наконечников и использование сплавов свинца и олова (2–4% олова) для процесса литья на ленту.Эта процедура приводит к более сложному производственному процессу и является одной из причин, по которой батареи AGM имеют более высокую стоимость, чем их залитые аналоги. Следует отметить, что возможность использования всего доступного объема аккумуляторного контейнера приводит к возможному увеличению высоты пластины примерно на + 20%, что напрямую приводит к увеличению геометрической площади поверхности на 20%. Некоторым из этих преимуществ противодействует тот факт, что, поскольку уровень насыщения электролитом составляет менее 100%, способность к высокоскоростному разряду немного снижается.Кроме того, расстояние между пластинами в конструкции AGM менее 1,1 мм чрезвычайно трудно заполнить электролитом, тогда как в залитых батареях расстояние между пластинами может составлять всего 0,8–0,9 мм, и поэтому в некоторых конструкциях может использоваться дополнительная пластина. . Затопленные конструкции с таким малым расстоянием между пластинами далеко не являются предпочтительным решением при разработке стабильного продукта, однако, поскольку они имеют тенденцию к более высокому расслоению с ранним выходом из строя и трудны в производстве.

Доводя до предела такие конструктивные соображения относительно геометрической площади поверхности, мы в конечном итоге получаем конструкцию со спиральной навивкой, которая представляет собой цилиндрическую ячейку, в которой одна положительная и одна отрицательная пластина, каждая с несколькими выступами, намотаны на цилиндр, как показано на Инжир.11.9.

Рисунок 11.9. Конструкция орбитальной батареи.

Предоставлено Exide Technologies.

Понятно, что такую ​​конструкцию довольно сложно изготовить, но она обеспечивает очень хорошие характеристики высокой мощности из-за большой геометрической площади поверхности и расстояния между тонкими пластинами примерно 0,8–0,9 мм. Тонкое расстояние между пластинами действительно затрудняет процесс наполнения. По приблизительным оценкам, конструкция с плоской пластиной AGM может предложить примерно 400–450 Вт кг ^–1 , тогда как конструкция со спиральной намоткой может обеспечить до 600–650 Вт кг ^–1 .Одним из самых больших недостатков такой конструкции является относительно низкая удельная энергия по сравнению с мощностью, где мы имеем 40–45 Вт · ч ⁻¹ для AGM и 35–40 Вт · ч ⁻¹ для конструкции со спиральной намоткой, и поэтому он используется только в специальных приложениях. Тем не менее, с учетом будущих и перспективных приложений, эта технология может стать очень полезной в области систем на 48 В, и мы более подробно рассмотрим эту возможность в следующем разделе.

Высокая мощность, характерная для спиральной конструкции, также использовалась несколько лет назад компанией Bolder Technology, которая объединила концепцию спиральной намотки с конструкцией электрода из тонкой фольги с толщиной около 0.Толщиной 1–0,2 мм вместо обычной положительной и отрицательной сеточной структуры [7a, 7b]. Активная масса также имела толщину около 0,1–0,2 мм, что обеспечивало чрезвычайно большую площадь поверхности для данного объема. Соединение пластин было похоже на процесс литья на ремешок, но включал погружение всего конца фольги в соединительный элемент. Конечно, для достижения этого отрицательный и положительный электроды не полностью перекрываются, и это привело к конструкции элемента с выводами противоположной полярности на противоположных концах элемента, аналогичным конструкции первичного элемента AAA или AA.Такая ячейка не построена для доставки высокоэнергетического содержимого, но очень хорошо разработана для приложений с высокой мощностью, и благодаря спирально-навитой конструкции с ее возможностями сжатия, применяемыми в технологии AGM, такая ячейка очень хорошо работает в цикле. Следует отметить один недостаток, заключающийся в том, что из-за очень малой толщины фольги коррозия положительного электрода может серьезно ограничить срок службы такого элемента, особенно в условиях разомкнутой цепи. Возможно, разработки в области коррозионно-стойких сплавов могут решить или, по крайней мере, улучшить эту проблему.

Другой вариант расширения конструкции элемента до пределов был продемонстрирован проектом ISOLAB, осуществляемым ALABC (Консорциум передовых свинцово-кислотных аккумуляторов).

На рис. 11.10 и 11.11 мы видим сравнение последствий наличия выступов на одной стороне по сравнению с наличием выступов на противоположных сторонах решетки. Эта работа была проделана с помощью инструмента моделирования, и мы видим, что во втором случае значительно улучшается равномерность распределения тока, что приводит к более однородной реакции разряда и заряда.Во время начальных испытаний было продемонстрировано, что такие элементы могут иметь удельную мощность 800–900 Вт · кг ⁻¹ . Самым большим препятствием на пути разработки такой конструкции является технологичность, что является огромной проблемой и является одной из причин, по которой эта концепция не была запущена в серийное производство. Помимо производственных проблем, эта концепция также не вписывается в сегодняшние стандартные аккумуляторные батареи 12 В в автомобильной промышленности. Но он может стать предпочтительным вариантом для новых передовых приложений, таких как сеть питания 48 В.

Рисунок 11.10. Исследование конструкции ячейки проекта Isolab.

Предоставлено Banner GmbH и ALABC.

Рисунок 11.11. Исследование конструкции ячейки проекта Isolab.

Предоставлено Banner GmbH и ALABC.

Еще одна нестандартная разработка — это концепция биполярной батареи. Эта технология не нова, и несколько компаний пытались и продолжают пытаться преодолеть препятствия при производстве таких элементов в промышленных объемах и по разумной цене. Производственные допуски, проблемы с наполнением, проблемы с утечками и концепции вставки можно резюмировать как самые большие трудности этих технологий.В различных биполярных подходах используются разные подложки для биполярной пластины (но все они следуют той же концепции, что и на рис. 11.12).

Рисунок 11.12. Схематическое сравнение монополярного и биполярного дизайна. AGM , абсорбирующее стекломат.

В биполярной концепции используются отдельные пластины, у которых активный материал положительного элемента на одной стороне, а активный материал отрицательного элемента — на другой. Батарея построена как батарея топливных элементов, состоящая из этих биполярных пластин (по 2 В каждая), достаточного для обеспечения желаемого напряжения.Используются стандартные сепараторы (в настоящее время в основном AGM), и стопка скрепляется склеиванием, термосваркой или литьем под давлением.

Вместимость определяется размером пластины и толщиной активной массы. Этот последний параметр не может быть намного больше, чем примерно 2 мм, если должны быть достигнуты разумные скорости заряда и разряда. Из этого конструктивного ограничения очевидно, что биполярная технология имеет преимущества для систем с более высоким напряжением, и в автомобильных приложениях ее следует предпочтительно использовать для модулей примерно на 48 В.Было продемонстрировано, что такая технология может обеспечить удельную мощность до 800–1000 Вт кг ^–1 , что значительно расширит границы свинцово-кислотных технологий. Эти результаты пока получены только от прототипов элементов или батарей. Было бы очень желательно увидеть такое исполнение в серийном продукте.

Одной из основных проблем, возникающих при поиске жизнеспособной биполярной конструкции для свинцово-кислотной пластинки, является определение подходящего материала для биполярной пластины.Ранние попытки были направлены на использование листа из чистого свинца, но этот подход давал очень небольшую экономию веса и страдал от коррозии листа. Чтобы избежать использования свинца, в Advanced Battery Concepts [8] в настоящее время используется пластиковая пластина, покрытая свинцовой фольгой и обеспечивающая передачу электронного тока путем создания отверстий, заполненных свинцом, в пластике, где количество и размер такие отверстия можно отрегулировать в соответствии с требованиями к питанию. В конструкции Atraverda используется специальный керамический материал под названием Ebonex ^R , а в другом, разработанном Effpower в Швеции, используется керамика, пропитанная свинцом.Недавно Gridtential [9] представил кремниевый материал, названный Silicon Joule Technology, в качестве материала подложки для центрального компонента биполярной ячейки. На данный момент ни один из этих дизайнов не оказал заметного влияния на рынок.

Следует отметить, что расширение геометрической конструкции элемента за существующие границы имеет большой потенциал для дальнейшего улучшения характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов, особенно для высокопроизводительных приложений. Необходимо исследовать новые материалы, а также радикально улучшить производственные процессы, возможно, с внедрением новых идей из других отраслей.

Концепция UltraBattery ^TM может рассматриваться как один из таких подходов, поскольку она объединяет идею использования ультраконденсатора с технологией свинцово-кислотных аккумуляторов. Преимущество такой конструкции заключается в том, что ультраконденсаторная часть элемента обеспечивает очень быструю зарядку и разрядку, а в сочетании со свинцово-кислотной химией можно нейтрализовать недостаток низкой плотности энергии конденсатора. Эта технология была изобретена и запатентована CSIRO в Австралии и Furukawa в Японии и лицензирована East Penn Manufacturing.Обе компании уже демонстрируют практическое использование такой батареи не только в некоторых проектах ALABC, но и в клиентском проекте Hyundai / Kia в автомобиле T-Hybrid, в котором используется 48-вольтовая батарея UltraBattery ^TM от East Penn Manufacturing. UltraBattery ^TM более подробно описан в главе 16.

BatteryStuff Статьи | Объяснение свинцово-кислотной батареи

Сту Олтман — технический редактор журнала Wing World Magazine
Отредактировано и перепечатано с разрешения

Аккумулятор для мотоциклов на 12 В состоит из пластикового корпуса, содержащего шесть ячеек.Каждая ячейка состоит из набора положительных и отрицательных пластин, погруженных в разбавленный раствор серной кислоты, известный как электролит, и каждая ячейка имеет напряжение около 2,1 В при полной зарядке. Шесть элементов соединены вместе, чтобы получить полностью заряженную батарею примерно на 12,6 вольт.

Это здорово, но как вливание свинцовых пластин в серную кислоту производит электричество? Батарея использует электрохимическую реакцию для преобразования химической энергии в электрическую. Давайте посмотрим.Каждая ячейка содержит пластины, напоминающие крошечные квадратные теннисные ракетки, сделанные из свинцовой сурьмы или свинцово-кальциевого сплава. Затем к пластинам приклеивается паста из так называемого «активного материала»; губчатый свинец для отрицательных пластин и диоксид свинца для положительных. В этом активном материале происходит химическая реакция с серной кислотой, когда на клеммы батареи подается электрическая нагрузка.

Как это работает

Позвольте мне сначала дать вам общую картину для тех, кто не очень ориентирован на детали.В основном, когда батарея разряжается, серная кислота в электролите истощается, так что электролит больше напоминает воду. В то же время сульфат кислоты покрывает пластины и уменьшает площадь поверхности, на которой может происходить химическая реакция. Зарядка меняет процесс, возвращая сульфат обратно в кислоту. Это вкратце, но читайте дальше, чтобы лучше понять. Если вы уже бежали из комнаты, крича и волоча за волосы, не волнуйтесь.

Электролит (серная кислота и вода) содержит заряженные ионы сульфата и водорода. Ионы сульфата заряжены отрицательно, а ионы водорода — положительно. Вот что происходит при включении нагрузки (фары, стартера и т. Д.). Ионы сульфата перемещаются к отрицательным пластинам и теряют свой отрицательный заряд. Оставшийся сульфат соединяется с активным материалом на пластинах с образованием сульфата свинца. Это снижает прочность электролита, а сульфат на пластинах действует как электрический изолятор.Избыточные электроны уходят с отрицательной стороны батареи через электрическое устройство и обратно к положительной стороне батареи. На положительном выводе батареи электроны устремляются обратно и принимаются положительными пластинами. Кислород в активном материале (диоксид свинца) реагирует с ионами водорода с образованием воды, а свинец реагирует с серной кислотой с образованием сульфата свинца.

Ионы, движущиеся в электролите, создают ток, но по мере того, как элемент разряжается, количество ионов в электролите уменьшается, и площадь активного материала, доступного для их приема, также уменьшается, поскольку он покрывается сульфатом.Помните, что химическая реакция происходит в порах активного материала, прикрепленного к пластинам.

Многие из вас, возможно, заметили, что аккумулятор, используемый для запуска велосипеда, который просто не заводится, быстро достигает точки, в которой он даже не переворачивает двигатель. Однако, если эту батарею оставить на некоторое время, она, кажется, оживает. С другой стороны, если вы оставите переключатель в положении «парк» на ночь (горят только пара маленьких лампочек), аккумулятор будет совершенно бесполезен утром, и никакие перерывы не приведут к его восстановлению.Почему это? Поскольку ток возникает в результате химической реакции на поверхности пластин, сильный ток быстро восстанавливает электролит на поверхности пластин до воды. Напряжение и ток будут снижены до уровня, недостаточного для работы стартера. Требуется время, чтобы большее количество кислоты диффундировало через электролит и достигло поверхности пластин. Это достигается за счет короткого периода отдыха. Кислота не расходуется так быстро, когда ток небольшой (например, для питания лампы заднего фонаря), а скорость диффузии достаточна для поддержания напряжения и тока.Это хорошо, но когда напряжение в конечном итоге падает, кислота больше не прячется за пределами ячейки, чтобы мигрировать к пластинам. Электролит в основном состоит из воды, а пластины покрыты изолирующим слоем из сульфата свинца. Теперь требуется зарядка.

Саморазряд

Одна не самая приятная особенность свинцово-кислотных аккумуляторов заключается в том, что они разряжаются сами по себе, даже если не используются. Общее практическое правило — норма саморазряда один процент в день.Эта скорость увеличивается при высоких температурах и уменьшается при низких температурах. Не забывайте, что ваше Gold Wing с часами, стереосистемой и радио CB никогда не выключается полностью. Каждое из этих устройств имеет «поддерживающую память», чтобы сохранить ваши предварительные настройки радио и время, и эти воспоминания потребляют около 20 миллиампер, или 0,020 ампер. Это будет высасывать из вашей батареи около получаса в час при температуре 80 градусов по Фаренгейту. Эта тяга, в сочетании со скоростью саморазряда, разряжает вашу батарею на 50 процентов за две недели, если велосипед оставить без присмотра и без седла.

Когда аккумулятор заряжается

Зарядка — это процесс, обращающий электрохимическую реакцию в обратном направлении. Он преобразует электрическую энергию зарядного устройства в химическую энергию. Помните, батарея не накапливает электричество; в нем хранится химическая энергия, необходимая для производства электроэнергии.

Зарядное устройство для аккумулятора меняет направление тока на противоположное, при условии, что зарядное устройство имеет большее напряжение, чем аккумулятор. Зарядное устройство создает избыток электронов на отрицательных пластинах, и положительные ионы водорода притягиваются к ним.Водород реагирует с сульфатом свинца с образованием серной кислоты и свинца, и когда большая часть сульфата уходит, водород поднимается с отрицательных пластин. Кислород в воде реагирует с сульфатом свинца на положительных пластинах, снова превращая их в диоксид свинца, и пузырьки кислорода поднимаются от положительных пластин, когда реакция почти завершается.

Многие люди думают, что внутреннее сопротивление аккумулятора велико, когда аккумулятор полностью заряжен, но это не так. Если вы задумаетесь, то вспомните, что сульфат свинца действует как изолятор.Чем больше сульфата на пластинах, тем выше внутреннее сопротивление аккумулятора. Более высокое сопротивление разряженной батареи позволяет ей принимать более высокую скорость заряда без выделения газов или перегрева, чем когда батарея почти полностью заряжена. При почти полной зарядке осталось не так много сульфата, чтобы поддерживать обратную химическую реакцию. Уровень зарядного тока, который может применяться без перегрева батареи или разрушения электролита на водород и кислород, известен как «естественная скорость поглощения батареи».«Когда зарядный ток превышает эту естественную скорость поглощения, происходит перезарядка. Аккумулятор может перегреться, и электролит будет пузыриться. На самом деле, часть зарядного тока тратится впустую в виде тепла даже при правильных уровнях зарядки, и эта неэффективность создает необходимость чтобы вернуть в аккумулятор больше ампер-часов, чем было извлечено. Подробнее об этом позже.

Как долго прослужит моя батарея?

Есть много вещей, которые могут привести к выходу аккумулятора из строя или резко сократить срок его службы.Одна из этих вещей позволяет батарее оставаться в частично разряженном состоянии . Мы говорили о том, что сульфат образуется на поверхности пластин аккумулятора при разряде, а также сульфат образуется в результате саморазряда. Сульфат также быстро образуется, если уровень электролита упадет до точки, при которой пластины будут обнажены. Если позволить этому сульфату оставаться на пластинах, кристаллы станут больше и затвердеют до тех пор, пока их невозможно будет удалить загрузкой.Следовательно, количество доступной площади поверхности для химической реакции будет постоянно уменьшаться. Это состояние известно как «сульфатирование», и оно необратимо снижает емкость аккумулятора. Батарея на 20 ампер в час может начать работать как батарея на 16 ампер в час (или меньше), быстро теряя напряжение под нагрузкой и не поддерживая достаточное напряжение во время проворачивания двигателя для работы системы зажигания велосипеда. Это последнее условие очевидно, когда двигатель отказывается запускаться, пока вы не уберете палец с кнопки запуска.Когда вы отпускаете стартер, напряжение аккумуляторной батареи мгновенно подскакивает до достаточного уровня. Поскольку двигатель все еще кратковременно вращается, при включенном зажигании зажигаются свечи зажигания. В следующей статье мы увидим, почему повышенное внутреннее сопротивление из-за сульфатирования приводит к снижению мощности, подаваемой на стартер.

Глубокая разрядка — еще один убийца батареи. Каждый раз, когда батарея глубоко разряжается, часть активного материала падает с пластин и падает на дно батарейного отсека.Естественно, остается меньше материала для проведения химической реакции. Если на дне корпуса скапливается достаточно этого материала, пластины закоротятся, и аккумулятор выйдет из строя.

Перезарядка — коварный убийца; его эффекты часто не очевидны для невиновного покупателя капельного зарядного устройства за десять долларов, который оставляет его подключенным к батарее на длительные периоды времени. Https://www.batterystuff.com/battery-chargers/#mce_temp_url# заряжается с постоянной скоростью независимо от уровня заряда аккумулятора.Если эта скорость больше, чем естественная скорость поглощения батареи при полной зарядке, электролит начнет разрушаться и выкипать. Многие гонщики всю зиму хранят велосипед на зарядном устройстве, а весной обнаруживают, что аккумулятор практически разряжен. Кроме того, поскольку зарядка имеет тенденцию окислять положительные пластины, продолжающаяся перезарядка может привести к коррозии пластин или разъемов, пока они не ослабнут и не сломаются.

Недостаточная зарядка — это состояние, которое встречается на многих мотоциклах. Ваш регулятор напряжения настроен на поддержание напряжения вашей системы на уровне от 14 до 14.4 вольта. Если вы один из тех, кто ездит по автомагистралям между штатами, а ваш вольтметр показывает только 13,5 вольт, потому что вы сжигаете больше огней, чем рождественский дисплей Macy, вы должны знать, что этого напряжения достаточно для поддержания заряженной батареи, но недостаточно для полного заряда. перезарядить разряженный.

Помните, мы говорили, что газовыделение происходит, когда весь или большая часть сульфата свинца превращается обратно в свинец и диоксид свинца. Напряжение, при котором это обычно происходит, известное как напряжение газовыделения, обычно чуть выше 14 вольт.Если напряжение в вашей системе никогда не становится таким высоким, и если вы никогда не компенсируете это путем подключения к зарядному устройству дома, сульфат начнет накапливаться и затвердевать, как налет во рту. Считайте, что периодическая тщательная зарядка — это как хорошая чистка зубов нитью и зубной нитью. Если вы не соблюдаете гигиену полости рта, вы можете пойти к дантисту и попросить его взорвать и поскрести всю эту мерзость. Когда ваша батарея достигает этой стадии, это занавески!

Какой тип зарядного устройства и почему

Ваш генератор переменного тока и стандартное автомобильное зарядное устройство имеют много общего; они стремятся поддерживать постоянное напряжение.Вот проблема с попыткой быстро зарядить сильно разряженный аккумулятор любым из них. Помните, мы обсуждали, как сильное потребление тока может сделать аккумулятор разряженным. Затем, когда кислота диффундирует через элементы, концентрация на поверхности пластин увеличится, и батарея вернется к жизни.

Аналогичным образом напряжение аккумулятора во время заряда увеличивается из-за концентрации кислоты, которая возникает на поверхности пластин. Если скорость заряда значительная, напряжение будет быстро расти.Конусное зарядное устройство или автомобильный регулятор напряжения резко снизят скорость заряда, когда напряжение поднимется выше 13,5, но соизмеримо ли состояние заряда аккумулятора с напряжением? Нет! Опять же, требуется время, чтобы кислота распространилась по клеткам.

Несмотря на то, что напряжение может быть высоким, электролит на внешней стороне элементов все еще слаб, и батарея может быть на гораздо более низком уровне заряда, чем может указывать напряжение. Только после продолжительной зарядки при пониженном токе будет достигнута полная емкость.По этой причине нельзя судить о состоянии заряда аккумулятора, измеряя напряжение во время зарядки. Проверяйте его только после того, как дайте батарее посидеть хотя бы час. Напряжение будет снижаться и стабилизироваться по мере того, как кислота распространяется по клеткам.

За последние несколько лет несколько компаний разработали зарядные устройства, которые могут быстро заряжать разряженную батарею, а затем удерживать батарею под напряжением, которое не приводит к газообразованию и саморазряду. Их иногда называют «умными зарядными устройствами» или многоступенчатыми зарядными устройствами.Вот как они работают.

Мы сказали, что аккумулятор может принимать гораздо более высокую скорость заряда, когда он частично разряжен, чем когда он почти полностью заряжен. Эти многоступенчатые зарядные устройства используют этот факт, начиная заряд с постоянным током или в режиме «объемной зарядки». Обычно они обеспечивают заряд от 650 мА до 1,5 А, в зависимости от марки и модели. Этот объемный заряд поддерживается постоянным (или должен быть) до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет 13,5 В, что позволяет аккумулятору поглотить большее количество заряда за короткое время и без повреждений.Затем зарядное устройство переключается на постоянное напряжение или «абсорбционный» заряд.

Идея состоит в том, чтобы позволить батарее поглотить последние 15 процентов своего заряда с естественной скоростью поглощения, чтобы предотвратить чрезмерное выделение газа или нагрев. Наконец, эти зарядные устройства переключаются в «плавающий» режим, в котором напряжение аккумулятора поддерживается на уровне, достаточном для предотвращения разрядки, но недостаточном для возникновения перезарядки. Различные компании в целом расходятся во мнениях относительно того, каким должно быть это напряжение холостого хода, но обычно оно находится в пределах 13.2 и 13,4 вольт. Фактически, напряжение холостого хода должно иметь температурную компенсацию от 13,1 вольт при 90 градусах по Фаренгейту до 13,9 вольт при 50 градусах. Большинство очень дорогих многоступенчатых зарядных устройств большой мощности для использования с более крупными батареями RV имеют температурную компенсацию, но, насколько мне известно, ни один из мотоциклов не поддерживает; они используют компромиссную настройку с плавающей запятой.

Итак, я могу просто установить его и забыть, верно? Не совсем так. Во-первых, вам нужно время от времени проверять уровень жидкости в аккумуляторе (если только у вас нет герметичного аккумулятора).Еще одна проблема — это проба батареи. Даже если его удерживать на уровне 13 вольт, постоянное напряжение позволит аккумулятору со временем начать сульфатироваться. Для большинства этих устройств я рекомендую отключать зарядное устройство от сети не реже одного раза в 60 дней во время сезонного хранения. Дайте батарее отдохнуть пару дней, а затем снова подключите зарядное устройство.

Все еще здесь?

Если вы все еще читаете это, значит, вы настоящий солдат. Я понимаю, что эта тема может сбивать с толку или даже скучать, но наберись духа; Я легкомысленно относился к тебе.Остается гораздо больше невысказанного, чем то, что здесь показано. Это были «Лучшие хиты Battery». Я надеюсь, что этого было достаточно, чтобы заинтересовать вас, не отправляя вас в информационную перегрузку, и, возможно, теперь, когда вы знаете, сколько способов сократить срок службы батареи, вы знаете, почему никто не может предсказать, как долго прослужит батарея. Многие райдеры, которые считают, что отлично заботятся о своих батареях, на самом деле убивают их добротой.

Выберите зарядное устройство

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Влияние количества электролита на литий-ионные элементы

В производственной цепочке литий-ионных аккумуляторных элементов процесс заполнения имеет первостепенное значение для качества конечного продукта и затрат. Заполнение состоит из нескольких этапов дозирования жидкого электролита в ячейку и последующего (промежуточного) смачивания компонентов ячейки. Количество залитого электролита не только влияет на скорость смачивания электродов и сепаратора, но также ограничивает емкость ячейки и влияет на срок службы батареи.Однако слишком много электролита является мертвым грузом, приводит к более низкой плотности энергии и излишне увеличивает стоимость батареи. Для обеспечения низких затрат на производство и в то же время высокого качества ячеек в данной статье исследуется оптимальное количество электролита. На основе экспериментальных данных спектроскопии электрохимического импеданса, процесса заполнения, процесса формирования, а также испытания на срок службы представлены взаимозависимости между количеством электролита, скоростью смачивания, емкостью, плотностью энергии и сроком службы для крупноформатных ячеек.

Литий-ионные батареи (LIB) в качестве электрохимических систем хранения энергии являются ключевой технологией для замены ископаемого топлива и позволяют хранить возобновляемые ресурсы из-за их малого веса, высокой плотности энергии и длительного срока службы. ¹ Эти батареи за последние три десятилетия заняли доминирующее положение в бытовой электронике и послужили толчком к успеху мобильных устройств, таких как сотовые телефоны и портативные компьютеры. Таким образом, ожидается, что рынок электротранспорта и стационарного хранения энергии будет активно продвигаться за счет LIB. ² Цель более высокой плотности энергии в автомобильных приложениях может быть достигнута за счет уменьшения процентного содержания неактивных материалов, таких как фольга токосъемника, компоненты корпуса или разделители на элемент. Это способствует тенденции к использованию более крупных форматов ячеек ³ , а также более толстых электродов. ⁴ Ячейки большого формата, однако, создают проблемы для производственных процессов, таких как заполнение жидкими электролитами. Для обеспечения надежной работы и высокой производительности все полости и поры электродов и сепаратора должны быть увлажнены перед началом цикла пласта. ⁵ В противном случае существует опасность образования неоднородной межфазной фазы твердого электролита (SEI), которая является продуктом реакции компонентов растворителя электролита и лития на поверхности анода. ⁶ В то время как SEI на аноде создается во время этих начальных циклов зарядки и разрядки, межфазная фаза катодного электролита (CEI) является результатом старения при повышенных температурах или циклического воздействия высоких напряжений. ⁷ Преждевременная зарядка до полного смачивания может привести к сильным локальным колебаниям толщины слоя, которые могут вызвать частичное отрывание слоя. ⁸ Тогда, в отличие от реальной функции SEI, возможен перенос электронов от электрода к электролиту (восстановление электролита) и блокирование ионов, что отрицательно сказывается на емкости и сроке службы элемента. . ⁹

Увеличение количества слоев, толщины электрода и площади поверхности на ячейку еще больше снижает трудоемкое смачивание компонентов ячейки электролитом. ¹⁰ Небольшие поверхности в монетных элементах не представляют проблемы для смачивания, так как электролит может достичь всех полостей за короткое время.Однако при промышленном производстве ячеек большого формата выполняется несколько периодических циклов смачивания и формирования, в результате чего общая продолжительность составляет до 3 недель. ¹¹ Это подразумевает значительные расходы, так как десятки тысяч циклов, а также складские помещения необходимы для управления требуемой пропускной способностью. ¹¹

Один из способов снизить стоимость LIB — ускорить процесс смачивания. ¹² Weydanz et al. ¹³ показали, что наполнение под вакуумом до 100 мбар значительно ускоряет этот производственный этап.Habedank et al. ¹⁴ даже достиг в 12 раз более быстрого смачивания за счет лазерного структурирования электродов, что дополнительно улучшает поведение C-rate. ¹⁵ Состояние смачивания определяется как смоченные и насыщенные поверхности и полости электродов и сепаратора по сравнению с полными поверхностями и полостями узла ячейки. Заполнение полостей, которые представляют собой внутренние поверхности среды, можно описать как микроскопическое смачивание. А смачивание (макроскопических) поверхностей можно рассматривать как поверхностное смачивание.Первые можно измерить с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS). ^16,17 Последнее можно визуализировать с помощью нейтронной радиографии. ¹⁸ Другой способ снизить затраты на киловатт-час — это снизить материальные затраты, например, за счет минимизации количества электролита на элемент. ¹² В лабораторных условиях дозируется непропорционально большое количество электролита по сравнению с поверхностями компонентов в однослойных ячейках. Напротив, при производстве промышленных ячеек в ячейках большого формата не хватает пустого пространства для содержания электролита в таком же соотношении к поверхности активного материала и сепаратора. ¹⁹ Кроме того, поскольку электролит является неактивным материалом, слишком много и, следовательно, ненужного электролита является мертвым грузом, что снижает плотность энергии и увеличивает стоимость батареи. ¹⁰

Чтобы точно определить влияние количества производимого электролита, были построены большие ячейки, заполненные разным количеством электролита. Эти ячейки были измерены во время смачивания с помощью импедансной спектроскопии, затем подверглись процедуре формирования и были циклически проверены в испытании на срок службы.

Cell-Assembly

Ячейки-пакеты, состоящие из 13 анодных листов и 12 катодных листов, были собраны в Техническом университете Мюнхена на полуавтоматических машинах в сухом помещении с точкой росы ниже -55 ° C. Катодные листы состояли из двустороннего покрытия LiNi _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 O ₂ (NCM111) на алюминиевой фольге коллектора, а для анода в качестве активного материала использовался графит. покрытый с обеих сторон медный коллектор.Точные характеристики имеющихся в продаже электродов с покрытием показаны в Таблице I. Электродные листы были разделены в процессе удаленной лазерной резки, как описано в Ref. 20 до формата 101 мм × 73 мм (катод) и 104 мм × 76 мм (анод). Коммерческий сепаратор (Celgard 2325) был зажат между электродами, чтобы обеспечить электрическую изоляцию, и обернут вокруг пакета ячеек для обеспечения механической стабильности, удерживая электроды в их точном положении. Язычки и фольга токосъемника были соединены с помощью ультразвуковой сварки, и готовый пакет ячеек был упакован в гибкий пакет с углубленным карманом.С трех сторон пакет из фольги запечатывали импульсными запаивающими планками, оставляя одну сторону открытой для заполнения электролитом. Чтобы предотвратить нежелательные побочные реакции с остаточной влажностью, как указано в Ref. 21, они были высушены в вакуумной печи при 60 ° C и 20 мбар перед последующим заполнением в течение ночи. Подробности процедуры заполнения будут объяснены в следующем разделе. До и после каждого этапа производства ячейки взвешивались, чтобы отобразить влияние каждого этапа процесса на плотность энергии продукта посредством сборки ячеек, как показано на рисунке 1.

Таблица I. Технические характеристики используемых электродов.

	шт.	катод	анод
активный материал	мас.%	93,0 (NCM111)	92,5 (графит)
проводящий углерод	мас.%	3,0	0,5
связующее	мас.%	4.0	7,0
загрузка емкости	мАч см -2	2,748	3,606
пористость	%	32,1	32,2
толщина электрода	мкм	118	130
толщина фольги подложки	мкм	20 (Al)	10 (Cu)

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. Изменение доли NMC на этапах процесса сборки электролизера после изготовления электродов в качестве индикатора влияния сборки электролизера на удельную энергию продукта. Объемный коэффициент vf описывает количество дозированного электролита и приведен в таблице II.

Filling-Process

1 М раствор LiPF ₆ в смеси этиленкарбоната (EC) и этилметилкарбоната (EMC; массовое соотношение EC: EMC 3: 7) с 2 мас.% Виниленкарбоната (VC ) от BASF служил электролитом.Как правило, для крупноформатных ячеек требуется несколько итераций дозирования после поглощения жидкости узлом ячеек из-за небольшого количества пустого пространства в ячейке и высокого сопротивления потоку пористых структур. ²² Для данной экспериментальной схемы из-за небольшого количества электролита по сравнению с объемом пустот между гибкой фольгой пакета и стопкой, одной стадии дозирования было достаточно. В результате наполнение состояло из шести этапов: промывка инертным газом, вакуумирование, дозирование, герметизация, удаление воздуха и смачивание.Электролит дозировали в вакуумную камеру при абсолютном давлении 80 мбар. Количество варьировалось по объемному коэффициенту.

от 0,6 до 1,8 объема пор компонентов ячейки (сепаратора и электродов). Средний объем пор ячеек составил 8,85 мл. Точность дозирования и полученные объемы электролита сведены в Таблицу II. Давление закрытия герметизирующих стержней было установлено на 3 бара в течение 3 секунд при температуре герметизации 195 ° C.

Таблица II. Точность дозирования, итоговое количество дозированного электролита и емкость ячеек после формирования, которые соответствуют токам при испытании на срок службы.

объемный коэффициент	–	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
количество электролита	мл	5.35	7,11	8,77	10,98	12,54	14,26	15,82
стандартное отклонение	мл	0,08	0,04	0,17	0,04	0,13	0,16	0,19
количество электролита	мл Ач -1 теор	1,10	1,46	1,81	2.26	2,58	2,93	3,26
Емкость ячеек	Ач об.	2,68	3,23	3,33	3,16	3,28	3,41	3,44
стандартное отклонение	Ач об.	0,12	0,07	0,04	0,07	0,11	0,01	0.02
количество ячеек	–	3	5	6	3	4	3	4

После вентиляции камеры ячейки выдерживались под давлением окружающей среды в течение 180 минут перед первой загрузкой. Во время этого смачивания электрохимические измерения проводились с помощью потенциостата Interface 5000E от Gamry Instruments. Последовательность состояла из измерений потенциала открытого тока (OCV) и EIS и была запрограммирована на повторение в течение не менее 90 минут.Сначала измеряли OCV в течение 15 секунд с периодом выборки 0,5 секунды. Впоследствии потенциостатический EIS был запущен с начальной частотой 100 кГц и был изменен на 1 Гц с 10 точками на декаду и амплитудой 10 среднеквадратичных мВ в качестве сигнала возбуждения переменного тока, подаваемого на ячейку. Постоянное потенциальное смещение, которое может применяться к ячейке во время сбора данных, было установлено равным нулю по сравнению с OCV ячейки. Напряжение переменного тока суммировалось с напряжением постоянного тока.

Кривые EIS были проанализированы с акцентом на высокочастотное сопротивление (HFR).HFR ячейки — это значение импеданса, при котором мнимая часть равна нулю. Он интерпретируется как внутреннее сопротивление ячейки и изменяется во время смачивания компонентов ячейки жидким электролитом. ¹⁷

Процесс формирования и испытание на срок службы

Формирование проводилось с использованием испытательной системы ячеек BaSyTec, подключенной к ячейкам в температурной камере при 25 ° C. Процесс состоял из 2 циклов с частотой C 0,1 ° C (что соответствует 4,86 ​​Ач _теор ).Ячейки заряжались в режиме постоянного тока и постоянного напряжения (CCCV) с ограничением тока, соответствующим C / 20, в то время как разряд выполнялся в режиме постоянного тока (CC). Верхнее напряжение отсечки было установлено на 4,2 В, а нижнее напряжение отсечки было установлено на 2,5 В.

Перед началом испытания на срок службы элементы были дегазированы, удаляя газ, который образовывался во время первых циклов зарядки и разрядки в результате химических реакций между ними. электроды и электролит, а также активация электродов.Сначала клетки были измерены с помощью EIS, используя ту же процедуру, что и в последнем разделе. Из-за временной стабильности EIS только трех циклов измерения было достаточно, чтобы зафиксировать поведение импеданса ячейки после цикла. Затем клетки помещали в вакуумную камеру. Камера промывалась инертным газом и откачивалась до 100 мбар, что было немного выше, чем уровень давления для дозирования электролита в последней секции. Ячейки открыли для удаления газа и снова запечатали. После вентиляции камеры мешок с избыточным газом упаковки был вырезан, и клетки снова были измерены с помощью EIS и взвешены.

Обратимые емкости клеток определяли по второму циклу формирования. Вернувшись в температурную камеру, циклирование выполнялось при 1 C (Ah _rev ) и 25 ° C в режиме CCCV для зарядки с ограничением тока, соответствующем C / 20, и в режиме CC для разряда. Перед каждой серией из 50 циклов при 1 ° C выполняли один цикл при 0,1 ° C, а затем один цикл при 0,5 ° C. После завершения испытания на срок службы клетки были измерены с помощью EIS в четвертый раз.

Для каждого варианта были протестированы не менее трех независимых ячеек, и данные на рисунках всегда представляют собой среднее значение этих ячеек. Планки погрешностей на рисунках представляют собой стандартное отклонение измерений.

На рис. 1 показана массовая доля NMC в общей массе промежуточного продукта через процессы сборки ячеек. Поскольку (без электролита) активный материал катода является единственным резервуаром лития в элементе, содержание NMC является показателем плотности энергии элемента.Начальная доля катода в 76% уменьшается за счет таких этапов сборки, как z-образное складывание, при котором добавляются сепаратор и аноды. Затем удельный вес дополнительно увеличивается за счет приваренных ультразвуком язычков и алюминиевой фольги упаковки. График разделен на различные количества электролита для секции, представляющей процесс заполнения. С увеличением количества электролита весовая доля NMC еще больше уменьшается. От vf 0,6 до 1,8 наблюдается разница почти в 10% в доле NMC.Окончательное увеличение доли NMC связано с удалением фольги мешка для отходов после дегазации.

Измерения EIS после дозирования электролита показаны на рисунке 2a для смачивания ячеек. Результирующая HFR изменяется во времени и сходится к окончательному значению, как описано в [4]. 17. Эта точка схождения зависит от количества жидкого электролита. Большие дозированные количества приводят к более низким значениям HFR клеток после смачивания. Кроме того, HFR уменьшается и сходится для величин, больших или равных vf 1, тогда как он снова увеличивается для меньших величин перед сходимостью.Относительно скорости смачивания

(с ϕ как степень смачивания) влияние на скорость смачивания также становится заметным на Рисунке 2b. Скорость смачивания клеток с vf 0,6 и 0,8 пересекает нулевую линию в отрицательный диапазон и медленно снова приближается к нулю. В отличие от ячеек с большим количеством электролита, эти ячейки еще не завершили смачивание за время измерения 150 мин. Увеличение HFR и связанное с этим более длительное смачивание элементов является результатом недостаточного количества электролита в элементе.На этом этапе можно провести различие между двумя фазами микроскопического смачивания. Во время первой фазы смачивания HFR элементов уменьшается, как и в элементах с большим количеством электролита. Причина этого может заключаться в том, что электролит сначала проникает через участки поверхности компонентов ячейки, которые находятся в непосредственном контакте с жидкостью, и начинает сжимать или замещать остаточный газ в порах. Эта фаза смачивания заканчивается минимальной HFR (рис. 2a) или переходом через нуль скорости смачивания (рис. 2b).Минимум получается из-за локального избытка электролита, который замыкает электрическую цепь параллельно несмачиваемым участкам во время измерения EIS. На втором этапе жидкость электролита перераспределяется в оставшиеся поры, которые еще не заполнены электролитом в такой же степени. Капиллярные силы, действующие во время проникновения, зависят от радиуса пор. ²³ Следовательно, объемная доля жидкого электролита в малых порах увеличивается за счет более крупных пор с тем же углом смачивания, если присутствует недостаточно электролита.Вторая фаза завершается, когда между порами всех компонентов ячейки достигается равновесие сил (например, капиллярных сил, сжатия газа, силы тяжести и т. Д.). Макроскопически теперь наблюдается однородное распределение жидкого электролита. HFR остается постоянным с течением времени, а скорость смачивания приближается к нулю.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. а) HFR ячеек при смачивании жидким электролитом; б) Скорость смачивания как функция времени после дозирования жидкого электролита.

Помимо недостаточного насыщения электролитической жидкостью, подробное картирование скорости смачивания показывает, что зависимость от количества электролита незначительна (для исследованных количеств и формата ячейки). Влияние гидростатического давления столба жидкости на пакет ячеек приводит к разнице 0,06 мОм в первые 10 минут и снижается до менее 0,01 мОм через 20 минут. Можно предположить, что гидростатическое давление не оказывает большого влияния, поскольку даже максимальный дозируемый объем составляет 16.01 мл остается небольшим по сравнению с смачиваемыми поверхностями.

Влияние количества электролита на обратимую емкость и плотность энергии ячеек после формирования показано на Рисунке 3 как функция от коэффициента C. Объемный коэффициент 1 соответствует дозированному количеству электролита, равному величине всех полостей электродов и сепаратора. Однако никакие границы раздела или объемы между сепаратором и электродами не принимаются во внимание. Следовательно, для достижения максимально возможной производительности за счет смачивания всех пустотных объемов необходим коэффициент, превышающий vf 1.Емкость при 0,1 ° C увеличивается с vf 0,6 до 1,2, а затем остается постоянной, поскольку vf продолжает увеличиваться. При 0,5 и 1 ° C он не меняется до vf 1,4. Превосходное электрическое поведение ячеек с vf 1 или меньшим 1 C может быть объяснено диффузией носителей заряда: во время этих более длительных фаз заряда / разряда у носителей заряда есть достаточно времени, чтобы не обходить (достаточно ) смоченные участки ячеек. Максимальная плотность энергии достигается при 0,1 C и vf 0,8. Чем больше электролита дозируется в ячейки, тем ниже становится плотность энергии после этого пика.Причина такого поведения — уменьшение веса активного материала, которое имеет большее влияние, чем увеличение емкости. Также можно показать, что плотность энергии при 1 ° C не уменьшается так быстро, как при более низких уровнях C.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 3. Обратимая удельная емкость (столбцы слева) и удельная энергия (столбцы справа) ячеек в зависимости от количества электролита в течение первых трех циклов (0.1 C, 0,5 C, 1 C) срока службы.

На рисунке 4 показана удельная емкость ячеек во время испытания на срок службы в зависимости от объемного фактора, а также от коэффициента C. Емкость тем выше, чем ниже C-rate, и уменьшается с увеличением количества циклов. Поскольку после 50 циклов клетки циклируются с двумя более низкими скоростями C, на графике появляются небольшие скачки при 1 C, что свидетельствует о восстановлении клеток после низких скоростей. Ячейки с vf 0,6 уже испытывают резкое падение емкости в течение первых 50 циклов и теряют свою функциональность из-за недостаточного количества электролита внутри элементов.Ян и др. ²⁴ различают линейное и нелинейное старение. В то время как рост SEI за счет электролита играет доминирующую роль в линейной фазе, нелинейное старение является индикатором литиевого покрытия, вызванного большими локальными градиентами электролита в аноде и на границе раздела с сепаратором. ²⁴ Здесь после образования кулоновская эффективность ячеек с vf 0,6 [vf 1] составляет 99% (± 1) [102,5% (± 1,1)] при 0,1 C. При 1 C она быстро падает до 78% ( ± 2) [95.8% (± 0,5)], а затем требуется около 30 циклов [1 цикл] для достижения эффективности 97% (± 1) [99,9% (± 0)]. Предполагается, что емкость, которую не удалось восстановить во время разряда, на которую указывает эффективность, будет размещена в позднем здании ГЭИ. В дополнение к восстановлению SEI из-за растрескивания во время работы, ⁹ дополнительный SEI образуется из несмаченных участков, вытягивающих электролит из уже увлажненных участков из-за изменения преобладающего равновесия сил. Низкая максимальная эффективность 97% при 1 ° C для vf 0.6 является результатом местных плохо или даже не увлажненных участков, которые имеют более высокое сопротивление и, следовательно, способствуют нанесению литиевого покрытия по сравнению с другими участками. ²⁵ При дальнейшем истощении электролита ионная проводимость через поры сепаратора уменьшается, прекращая функциональность ячеек. По этой причине предполагается, что истощение электролита и последующее литиевое покрытие является механизмом разрушения элементов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 4. Работоспособность ячеек в течение всего срока службы после формирования. Тест состоял из 20 · [0,1 C, 0,5 C, 50 · [1 C]] циклов в режиме CCCV для зарядки и в режиме CC для разряда.

По мере увеличения количества электролита до vf 1,4 характеристики ячеек улучшаются, так что потери емкости в течение их срока службы уменьшаются. Однако для больших количеств (vf 1,6–1,8) большая потеря емкости может наблюдаться в увеличенном виде первых 200 циклов при 1 ° C на Рисунке 4.Ячейки могут до некоторой степени компенсировать эту потерю: даже несмотря на то, что емкость при 0,5 ° C после 650 циклов снова выше, чем для vf 1,2, элементы остаются ниже производительности этих элементов с vf 1,4 даже при более высоких циклах. Этот нежелательный эффект потери емкости во время первых циклов можно объяснить избытком VC. Добавка, не израсходованная во время формирования, создает CEI во время цикла до тех пор, пока не будет исчерпана. Таким образом он связывает литий, который впоследствии больше не может участвовать в перезарядке. ²⁶

Два различных эффекта, потеря лития и истощение электролита, также можно наблюдать на рисунке 5, представляющем напряжение разряда в зависимости от емкости элементов. Во время первого цикла преобладает недостаток электролита. Чем больше электролита присутствует в элементах, тем выше напряжение во время разряда и тем выше емкость, при которой напряжение падает до напряжения отсечки. Это эквивалентно уменьшению перенапряжения при увеличении количества электролита и, следовательно, увеличению разрядной емкости элемента.После 100 циклов ячейка с vf 0,6 уже разрушилась. Поскольку применялись высокие скорости зарядки при относительно низких температурах, возможными причинами являются либо покрытие литием уже в первых циклах, ^{, 27,} , либо недоступные области электродов. Ячейки с vf 1,6 и vf 1,8 остаются при более высоких напряжениях примерно до 2,5 А · ч, но затем падают, так что емкость ячеек соответствует емкости ячеек с vf 0,8. Эта потеря емкости связана с недоступным количеством лития, который лигирован в CEI.Ячейки с vf 1,2 и 1,4 по-прежнему генерируют высокое напряжение во всем диапазоне емкости, а также высокую конечную емкость. Однако после 500 циклов эти элементы (vf 1.2 и 1.4) страдают от потери напряжения в начале фазы разряда, что, как предполагается, является результатом литиевого покрытия в сочетании с повышенным SEI. Хотя ячейки, заполненные vf 1.4, все еще достигают максимальной емкости, напряжение vf 1.6 и 1.8 выше при одновременной более низкой емкости. Как правило, напряжение в начале процесса разряда падает из-за того, что в элементах присутствует меньше электролита.Однако потеря лития в элементах (из-за чрезмерного наращивания CEI) указывается преждевременным падением напряжения с высокого уровня по сравнению с элементами без чрезмерного CEI.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 5. Напряжение разряда над емкостью характеристической ячейки как функция количества электролита для 1 ^st , 100 ^th и 500 ^th цикл при 1 C срока службы.

CV-доля определяется как емкость, заряженная в режиме CV, по отношению к общей заряженной емкости Q в режимах CC и CV:

и показан на рисунке 6. Процент заряда может служить индикатором возможности быстрой зарядки ячеек и зависит от C-rate: с увеличением SOC потенциал катода увеличивается, а потенциал графита приближается. 0 В по сравнению с Li ⁺ / Li . Разница между двумя потенциалами определяет напряжение ячейки.Таким образом, в режиме CC напряжение зарядки повышается, чтобы обеспечить определенный ток. Анод должен интеркалировать атомы лития за заданное время (определяемое скоростью C). Если скорость интеркаляции на аноде ниже, чем скорость переноса Li ⁺ в электролите, вызванная током заряда, литий накапливается на поверхности анода. Потенциал графита падает ниже 0 В по сравнению с Li ⁺ / Li , и металлическое покрытие литием происходит поверх анода.Следовательно, высокие концентрации углерода способствуют нанесению литиевого покрытия. ²⁸ Кроме того, гальваническое покрытие может быть вызвано несмачиваемыми участками анода или сепаратора из-за результирующего неоднородного распределения плотности тока. ²⁹ Отрицательный потенциал анода (по сравнению с литием) приводит к тому, что напряжение элемента превышает потенциал катода, так что верхнее напряжение отсечки и, следовательно, фаза CV достигается раньше. ³⁰ На верхнем уровне напряжения отсечки напряжение поддерживается постоянным в режиме CV, и элемент будет заряжаться до тех пор, пока ток не упадет до состояния отсечки.Таким образом, небольшая доля CV является синонимом высокой скорости интеркаляции анода и полностью увлажненного сепаратора, как показано на Рисунке 6: чем больше электролита дозируется в ячейки, тем ниже доля CV. С увеличением количества циклов и C-rate доля CV увеличивается. Следовательно, элементы не только должны заряжаться в течение более длительного времени, но они также должны подвергаться более длительному воздействию более высоких напряжений, что представляет собой нагрузку на компоненты элементов. ³¹

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. CV-доля клеток в течение всего срока службы после формирования. CV-доля определяется как емкость, заряженная в режиме CV, по отношению к общей заряженной емкости в режимах CC и CV. Испытание на срок службы состояло из 20 · [0,1 C, 0,5 C, 50 · [1 C]] циклов в режиме CCCV для зарядки и в режиме CC для разряда.

HFR всех ячеек после смачивания, формирования, дегазации и испытания на срок службы показано на рисунке 7. Предполагалось, что SOC всех ячеек равняется 0%, поскольку они либо никогда не заряжались (просто смачивались), либо разряжались до напряжения 2.5 В. HFR после дегазации немного выше, чем после образования. Причиной этого может быть то, что небольшое количество жидкого электролита вытягивается из пор во время дегазации и должно повторно занимать это пространство. Для ячеек с vf от 0,6 до 1,2 оба значения HFR после образования и дегазации выше, чем HFR после смачивания. От vf 1,4 до 1,8 HFR после образования и после дегазации ниже, чем после смачивания. В сочетании с электрохимическими характеристиками во время испытания на срок службы измерения показывают, что количество электролита не менее vf 1.4 требуется, чтобы позволить SEI полностью сформироваться во время формирования и обеспечить оптимальную ионную проводимость через сепаратор, необходимую для перезарядки. Перенос заряда между электролитом и анодом даже улучшается за счет образования SEI с достаточным количеством электролита, как показывают значения HFR. Однако в течение срока службы внутреннее сопротивление элемента увеличивается из-за расхода электролита, нежелательных реакций и образования дополнительных SEI и CEI. Стандартное отклонение измерений не позволяет делать какие-либо существенные выводы, но существует тенденция к тому, что HFR увеличивается в меньшей степени в течение срока службы с большими количествами электролита, чем с элементами с небольшими количествами электролита.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. HFR ячеек после смачивания, формирования, дегазации и испытания на срок службы (1040 циклов без образования) для различных количеств электролита при SOC 0.

Исследование, на котором основана эта статья, показало, что плотность энергии, а также емкость литий-ионных батарей зависят от количества электролита. Слишком мало электролита приводит к потере емкости и срока службы, тогда как слишком большое количество электролита снижает плотность энергии.Для оптимального смачивания компонентов ячейки электролитом было определено минимальное количество электролита, соответствующее объему пор. Кроме того, избыток ВК сравнивали с недостатком электролита в течение срока службы элементов. Оба механизма отказа можно распознать по разному напряжению разряда в зависимости от емкости. При недостатке электролита напряжение резко падает уже в начале процесса разряда, а превышение VC приводит к более позднему, но более сильному падению напряжения в конце фазы разряда.Доля CV при циклировании увеличивается с уменьшением количества электролита и без влияния чрезмерных количеств VC. Следовательно, предполагается, что без чрезмерной добавки VC и с увеличением количества электролита производительность увеличивается в течение срока службы, особенно при более высоких скоростях C. Также было показано, что HFR уменьшается с увеличением количества электролита. При слишком низком количестве электролита можно использовать EIS для обнаружения перераспределения электролита в порах.Таким образом, EIS не может использоваться только для измерения распределения электролита после завершения смачивания компонентов ячейки, но также помогает выяснить, было ли дозировано достаточное количество электролита для данной структуры пор. Этапы производства после заполнения и цикла влияют на внутреннее сопротивление ячейки в зависимости от дозированного объема электролита, который также можно измерить с помощью EIS и наблюдать с помощью HFR.

Становится очевидной не только необходимость адаптации состава электролита к активным материалам и количества электролита на поверхность активного материала, но также необходимость адаптации количества электролита к желаемому заказчику применению.

Авторы выражают признательность Федеральному министерству образования и исследований Германии (BMBF) за финансирование их исследований в рамках проекта Cell-Fi (номер гранта 03XP0069C). Авторы благодарят Таню Цюнд за ее критический отзыв об электрохимической интерпретации, Яна Бернд Хабеданка и Ходу Мохсени за техническую поддержку в лазерной резке и ультразвуковой сварке, а также Gamry Instruments за предоставление потенциостата.

Florian J. Günter 0000-0002-5967-6801

Свинцовая аккумуляторная батарея | Введение в химию

Цель обучения

• Вспомните химическую реакцию, которая происходит в свинцовых аккумуляторных батареях

---

Ключевые моменты

• Свинцово-кислотные батареи, также известные как свинцовые аккумуляторные батареи, могут накапливать большой заряд и обеспечивать высокий ток в течение коротких периодов времени.
• Базовая конструкция свинцово-кислотных аккумуляторов не претерпела существенных изменений с 1859 года, когда их разработал Планте, хотя некоторые улучшения были внесены Фор.
• Свинцово-кислотные аккумуляторы можно заряжать, что важно при их использовании в автомобилях.
• Разрядка накопленной энергии зависит от того, как положительная, так и отрицательная пластины превращаются в сульфат свинца (II), а электролит теряет большую часть растворенной серной кислоты.

---

Срок

• лигносульфонат Водорастворимые анионные полиэлектролитные полимеры; они являются побочными продуктами производства древесной массы с использованием сульфитной варки.

---

Свинцовые батареи

Свинцовая аккумуляторная батарея, также известная как свинцово-кислотная батарея, является самым старым типом аккумуляторных батарей и одним из наиболее распространенных устройств хранения энергии. Эти батареи были изобретены в 1859 году французским физиком Гастоном Планте, и они до сих пор используются во множестве приложений. Большинство людей привыкло использовать их в транспортных средствах, где они могут обеспечивать высокие токи для запуска.

Несмотря на то, что батареи надежны, их срок службы ограничен, они тяжелы при транспортировке и содержат токсичные материалы, которые требуют специальных методов удаления по окончании срока службы.Свинцово-кислотные батареи имеют умеренную удельную мощность и хорошее время отклика. В зависимости от используемой технологии преобразования энергии батареи могут перейти от приема энергии к мгновенной подаче энергии. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи подвержены влиянию температуры и должны поддерживаться в надлежащем состоянии для достижения максимального срока службы.

Разработка свинцовой батареи

В конструкции свинцово-кислотного элемента Планте положительная и отрицательная пластины были сделаны из двух спиралей свинцовой фольги, разделенных листом ткани и скрученных.Ячейки изначально были малой вместимостью. Требовался медленный процесс «формовки» для коррозии свинцовой фольги, образования диоксида свинца на пластинах и придания им шероховатости для увеличения площади поверхности. Пластины Планте все еще используются в некоторых стационарных приложениях, где на пластинах имеются механические канавки для увеличения площади поверхности.

Свинцовая аккумуляторная батарея Схема, показывающая, как свинцовая аккумуляторная батарея состоит из шести последовательно соединенных двухвольтовых элементов. Также показан состав каждой ячейки.

Конструкция из клееных пластин Камиллы Альфонса Фор типична для современных автомобильных аккумуляторов.Каждая пластина состоит из прямоугольной свинцовой сетки. Отверстия решетки заполнены пастой из красного свинца и 33-процентной разбавленной серной кислоты. Эта пористая паста позволяет кислоте реагировать со свинцом внутри пластины, что увеличивает площадь поверхности. После высыхания пластины складываются с помощью подходящих разделителей и вставляются в аккумуляторный контейнер. Обычно используется нечетное количество пластин, на одну отрицательную пластину больше, чем положительной. Каждая альтернативная пластина подключается.

Паста содержит технический углерод, сульфат бария и лигносульфонат.Сульфат бария действует как затравочный кристалл для реакции сульфата свинца в свинец. Лигносульфонат предотвращает образование твердой массы отрицательной пластиной во время цикла разряда, а вместо этого позволяет формировать длинные игольчатые кристаллы. Технический углерод противодействует эффекту ингибирования образования, вызванному лигносульфонатами.

Разрядная химия

В разряженном состоянии как положительная, так и отрицательная пластины становятся сульфатом свинца (II) (PbSO ₄ ). Электролит теряет большую часть растворенной серной кислоты и превращается в основном в воду.Процесс разряда управляется проводимостью электронов от отрицательной пластины обратно в ячейку на положительной пластине во внешней цепи.

Отрицательная реакция пластины: Pb (s) + HSO ₄ ^— (вод.) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (вод.) + 2e ^—

Положительная реакция пластины: PbO ₂ (s) + HSO ₄ ^— (водн.) + 3H ⁺ (водн.) + 2e ^— → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (л)

Комбинируя эти две реакции, можно определить общую реакцию:

Pb (с) + PbO ₂ (с) + 2H ⁺ (вод.) + 2HSO ₄ ^— (водн.) → 2PbSO ₄ (с) + 2H ₂ O (л)

Зарядная химия

Аккумулятор этого типа можно заряжать.В заряженном состоянии каждая ячейка содержит отрицательные пластины из элементарного свинца (Pb) и положительные пластины из оксида свинца (IV) (PbO ₂ ) в электролите примерно 4,2 М серной кислоты (H ₂ SO ₄ ). . Процесс зарядки осуществляется за счет принудительного удаления электронов с положительной пластины и принудительного введения их в отрицательную пластину источником заряда.

Отрицательная реакция пластины: PbSO ₄ (т.

Положительная реакция пластины: PbSO ₄ (с) + 2H ₂ O (л) → PbO ₂ (с) + HSO ₄ ^— (вод. ^–

Объединение этих двух реакций дает полную реакцию, обратную реакции разряда:

2PbSO ₄ (т) + 2H ₂ O (л) → Pb (т) + PbO ₂ (т) + 2H ⁺ (вод.) + 2HSO ₄ ^— (вод.)

Обратите внимание, что реакция зарядки прямо противоположна реакции разряда.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Как использовать аккумуляторный ареометр

Как использовать аккумуляторный ареометр (никогда не вставляйте металлический термометр в аккумулятор!)

Аккумуляторный ареометр используется для проверки состояния заряда аккумуляторной ячейки. Это выполняется путем измерения плотности электролита, что достигается путем измерения удельного веса электролита.Чем больше концентрация серной кислоты, тем плотнее становится электролит. Чем выше плотность, тем выше уровень заряда.
Удельный вес — это измерение жидкости, которое сравнивается с базовой линией. Базовый уровень — вода, которой присвоено базовое число 1.000. Концентрация серной кислоты в воде в новом аккумуляторе гольф-кара составляет 1,280, что означает, что электролит весит в 1,280 раза больше веса того же объема воды. Полностью заряженная батарея будет проверена на 1.275 — 1,280, в то время как разряженная батарея будет читать в диапазоне 1,140.
! ПРИМЕЧАНИЕ !

Не выполняйте проверку ареометром батареи на батарее, которая только что была полита. Аккумулятор должен пройти по крайней мере один цикл зарядки и разрядки, чтобы вода должным образом смешалась с электролитом.
Температура показания ареометра должна быть скорректирована на 80 ° F (27 ° C). Важно понимать, что температура электролита значительно отличается от температуры окружающей среды, если транспортное средство эксплуатировалось.
Гидрометр Процедура проверки: Внимание! Батареи содержат серную кислоту
Всегда используйте средства индивидуальной защиты от контакта с серной кислотой

Защита глаз. Резиновые перчатки. Резиновый фартук. Обувь с закрытым носком.
Избегайте ношения любых хлопчатобумажных материалов, так как кислота батареи растворяет ткань.

1. Наберите электролит в ареометр несколько раз, чтобы термометр приспособился к температуре электролита, и запишите показания.Изучите цвет электролита. Коричневый или серый цвет указывает на проблему с аккумулятором и является признаком того, что срок службы аккумулятора приближается к концу.

2. Наберите полную пробу электролита в ареометр, чтобы поплавок свободно плавал.

3. Удерживая ареометр в вертикальном положении на уровне глаз, обратите внимание на то, где электролит встречается со шкалой поплавка.

4. Добавьте или вычтите четыре точки (0,004) из показаний на каждые 10 ° F (6 ° C), когда температура электролита выше или ниже 80 ° F (27 ° C).Отрегулируйте показания, чтобы они соответствовали температуре электролита, например, если показания показывают удельный вес 1,250, а температура электролита составляет 90 ° F (32 ° C), значение 1,250 дает скорректированное показание 1,254. Точно так же, если температура была 70 ° F (21 ° C), вычтите показание 1,246,4 балла (0,004) из 1,250, чтобы получить скорректированный

• 5. Проверьте каждую ячейку и запишите показания (с поправкой на 80 ° F. или 27 ° C). Разница в пятьдесят пунктов между любыми двумя показаниями ячеек (пример 1.250 — 1.200) указывает на проблему с ячейкой (ями) с низким показателем.
• от 12,60 до 12,74 = от 85 до 100% заряда
• от 12,40 до 12,59 = от 75 до 85% заряда
• от 12,20 до 12,39 = от 50 до 75% заряда
• от 12,00 до 12,19 = от 25 до 50% заряда
• 12,00 и ниже = Полностью разряжена

По мере старения батареи удельный вес электролита будет уменьшаться при полной зарядке. Это не причина для замены батареи, если все элементы находятся в пределах пятидесяти точек друг от друга.

Поскольку проверка ареометра проводится в ответ на проблемы с производительностью транспортного средства, его следует зарядить и повторить испытание.