Электролит в аккумулятор: Электролит или дистиллированная вода для аккумулятора

Содержание

Электролит или дистиллированная вода для аккумулятора

Как правило, необходимость доливать жидкость в аккумулятор возникает при следующих случаях:

1.      Испарение воды из аккумулятора, и как следствие, снижение уровня электролита вплоть до оголения пластин;

2.      Значительное вытекание электролита по причине плохой спайки крышки к корпусу батареи;

В первом случае — заливается только дистиллированная вода!

Во 2-м и 3-м случае – заливается электролит плотностью 1,26-1,28 г/см3 в соответствующую поврежденную банку АКБ!

В зависимости от повреждения батарею можно отремонтировать. Но, лучше всего это делать в мастерской сервиса.

Оголение пластин аккумулятора ведет к потере емкости автомобильной батареи, короблению свинцовых пластин, т.е. разрушению АКБ и быстрому выходу ее из строя.

Любой обычный кислотно-щелочной аккумулятор залит электролитом.

Электролит состоит из соотношения

—  серной кислоты

—  дистиллированной воды.

Соотношение жидкости составляет примерно 35% кислоты и 65% дистиллированной воды.

Меньшее или большее соотношение не желательно! Большее соотношение кислоты будет увеличивать концентрацию кислоты в аккумуляторе, а значит кислота будет разъедать пакеты свинцовых пластин, что влечет быстрый выход из строя АКБ.

Меньшее соотношение кислоты будет свидетельствовать о разряженности батареи и риск замерзания жидкости в зимнее время.

Плотность электролита – это и есть показатель соотношения концентрации кислоты и воды, который измеряется в граммах на сантиметр кубический.  Плотность можно измерить ареометром.

У полностью заряженной батареи при комнатной температуре плотность электролита составляет 1,27 – 1,28 г/см3.

Жидкость в аккумуляторе должна закрывать верхнюю часть пластин на 1,1-1,5 см.

Для доливки жидкости в обслуживаемый аккумулятор нужно просто выкрутить пробки из заливных отверстий АКБ и залить дистиллированную воду.

После доливки в аккумулятор дистиллированной воды в соответствующую секцию или секции АКБ, батарея заряжается до полной зарядки.

В необслуживаемый АКБ долить дистиллированную воду нельзя.

Стоит помнить, что любое повреждение корпуса является не гарантийным случаем, когда гарантия производителя аннулируется.

Тем не менее, для решения подобных проблем всегда можно обратиться в специализированный сервис для оказания услуг.

Интернет-магазин «Первой аккумуляторной компании»

                                                                                             

Двенадцать вариантов уничтожения нового АКБ

 

Приведем наиболее часто встречающиеся нарушения правил эксплуатации:

  1. Заряд током чрезмерно большой силы, превышающим нормальный в несколько раз. Перегрев электролита, коробление электродов, реже — разрушение сепараторов, осыпание активной массы и т.п. Это обычно происходит при форсированных режимах заряда с использованием мощных зарядных устройств, особенно в условиях неконтролируемого заряда.
  2. Повышенное напряжение в бортовой сети автомобиля приводит к систематическому перезаряду. Снижается уровень электролита, повышается его плотность. Если долить до нормального уровня электролит, а не дистиллированную воду, аккумулятор очень быстро приходит в негодность. Если ничего не доливать, то сульфатация электродов обеспечена, обнаженные элементы электродов быстро корродируют, активная масса ,особенно положительных пластин, набухает, выкрашивается, теряет механическую прочность, оплывает.Аккумулятор быстро снижает емкость, электролит становится мутным. В таких ситуациях аккумулятор может стать совершенно непригодным к эксплуатации.
  3. Перегрев аккумулятора. Известно, что при повышении температуры электролита выше +35 градусов активизируются процессы износа электродов, а если температура повышается еще выше, то ресурс аккумулятора сокращается катастрофически быстро. Эта ситуация нередка, например когда оставили автомобиль на солнце под тентом темного цвета.
  4. Загрязнение электролита. Аккумулятор необходимо протирать чистой мягкой тряпкой, смоченной в нашатырном спирте или растворе кальцинированной соды. Если хотя бы очень небольшая часть загрязняющих веществ попадает в электролит — аккумулятор обречен.
  5. Добавление в электролит недистиллированной воды. Это довольно частая ситуация когда нет под рукой качественной дистиллированной воды, и доливают в электролит просто чистую воду. Электроды выходят из строя, а аккумулятор идет на склад вторсырья.
  6. Еще быстрее выходит из строя новая батарея, если для нее приготовить электролит на основе технической серной кислоты.
  7. Короткое замыкание может вывести АКБ моментально. Чаще всего это происходит при неосторожном обращении с инструментом вблизи батареи, или в результате повреждения изоляции силового кабеля.
  8. Пониженное напряжение бортовой сети — весьма распространенная ситуация.Аккумуляторная батарея хронически разряжена, понижена плотность электролита. Нередки случаи запредельных разрядов, например, после пуска двигателя стартером. Снижаются основные энергетические характеристики батареи, особенно в зимний период. Систематический недозаряд может привести к переполюсовке аккумулятора при эксплуатации.
  9. Размораживание аккумуляторной батареи. Моноблок лопается, электролит вытекает после оттаивания. Это происходит в сильные морозы при снижении плотности электролита ниже допустимых значений.Обычно такое происходит, если долить дистиллированную воду в электролит и не принять ни каких мер для того, чтобы она перемешалась с электролитом, или после нескольких безуспешных попыток пуска стартером холодного двигателя, оставив на морозе глубоко разряженный АКБ.
  10. Применение мощного пускового устройства. Если применять мощный неспециализированный источник тока для пуска холодного двигателя, то можно моментально «взорвать» аккумуляторную батарею. При подключении этого устройства к батарее сила тока заряда может быть настолько большой, что электролит бурно вскипает, и вентиляционные отверстия не в состоянии сбросить выделяющиеся газы.
  11. Запредельный разряд стартерными токами. Часто при затруднённом пуске двигателя аккумулятор разряжают до такой степени, что якорь стартера перестает проворачиваться. Такие глубокие разряды приводят к тому, что пластины очень быстро коробятся, осыпаются, и батарея выходит из строя.
  12. Повышенная плотность электролита. По разным причинам в аккумуляторе расходуется вода, понижается уровень и повышается плотность электролита, и если не доливать дистиллированную воду аккумулятор разрушится.

Самый простой путь вывести из строя аккумулятор — долить в него обычную воду, содержащую соли металлов и прочие примеси. Применение такой воды нарушает, во-первых, плотность, во-вторых, химический состав электролита.

Удивительно, но чаще всего, когда в аккумуляторе закипает жидкость или батарея и вовсе выходит из строя, меньше всего автовладельцы склонны винить электролит или якобы дистиллированную воду, которую недавно доливали. А ведь в большинстве случаев это — главная и единственная причина.

Как известно,

дистиллят — это вода, не имеющая никаких примесей — «аш два о» и ничего больше. Дистиллированная вода — это диэлектрик. Проверить это просто: взять тестер и «прозвонить» воду на «обрыв».

Чистая вода покажет бесконечное сопротивление. Попробуйте таким способом проверить пару-тройку повсеместно продающихся бутылок с якобы дистиллированной водой. Вы будет неприятно удивлены — в бутылках окажется все, что угодно, но только не дистиллированная вода. Доливать такую воду в аккумулятор — самый верный способ угробить его.

Не каждый, впрочем, может вооружиться тестером и проводить подобные контрольные замеры. Что ж, есть и более простой способ. Достаточно обратить внимание на тару и этикетку. Если перед вами неоригинальная бутылка (например, из-под «Колы» или минеральной воды) с этикеткой, на которой отсутствуют данные о производителе, вероятно, стоит насторожиться. Ведь предъявить претензии в случае покупки некачественного продукта будет некому.

Печально, но подобная ситуация на рынке и с электролитом. В большинстве случаев автовладельцу предлагаются все те же сомнительные бутылки с «анонимными» этикетками. Плотность, правда, указана. Но соответствует ли действительности эта информация? Знают ли производители таких жидкостей о существовании ГОСТ 667-83А, в котором указаны все необходимые требования к электролиту? А если и знают, соблюдают ли их? Опять же, если на этикетке отсутствуют данные о производителе, кому предъявлять претензии в случае чего?

Что доливать в аккумулятор? | АКБ-сервис

 Во время заряда и работы все аккумуляторные батареи теряют часть воды из электролита. При этом снижается уровень электролита над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите (плотность электролита). Если батарея эксплуатируется с низким уровнем электролита, это отрицательно влияет на ресурс батареи.

   Скорость потери воды главным образом зависит от применяемых для производства аккумуляторной батареи материалов  и от состояния электрооборудования.

   Для восстановления уровня электролита доливайте в аккумулятор только дистиллированную  или деионизированную воду. Своевременная доливка воды в батарею с пробками позволяет снизить негативное влияние высокой плотности электролита на ее последующий ресурс.

   Уровень электролита должен быть на 10–15 мм выше верхней кромки сепараторов и не подниматься выше нижнего края заливной горловины.   

Если точно установлено, что причиной низкого уровня является выплескивание, то доливайте электролит  той  же  плотности и при той же температуре,  что и  оставшийся в  батарее.

    Если уровень электролита выше нормы, то откачайте электролит резиновой грушей с  эбонитовым наконечником.

   Чтобы не получить неправильных результатов, не замеряйте плотность электролита:

– если его уровень не соответствует норме;

– если электролит слишком горячий или холодный; оптимальная температура при измерении плотности +15+27° С;

– после доливки дистиллированной воды. Следует аккумулятор поставить на зарядку и подождать, пока электролит перемешается.

– после нескольких включений стартера. Надо подождать, чтобы установилась равномерная плотность электролита в элементе батареи;

    При использовании технической серной кислоты или  не дистиллированной воды, ускоряются саморазряд аккумуляторной батареи, происходит сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи.

   После долива воды  лучше еще немного подзарядить аккумулятор для перемешивания электролита.

   При сильном морозе (если Вы добавили воду после поездки) даже возможно замерзание верхнего слоя электролита. Зимой воду нужно добавлять перед поездкой, но тщательнее контролировать уровень, чтобы не переборщить.

Как залить электролит в аккумулятор автомобиля, как правильно это сделать

Существует целая наука, которая позволяет содержать АКБ в порядке. Но производители также не останавливают попытки пресечь самостоятельное обслуживание батарей. Сегодня многие аккумуляторы выпускаются в необслуживаемом корпусе. Все банки запаяны в пластиковом корпусе, добраться до них невозможно. В этом случае вы никак не сможете проверить или долить электролит для продления жизни АКБ.

Как выполнить проверку жидкости в батарее?

Чтобы восстановить обслуживаемый источник энергии в автомобиле, нужно правильно залить электролит в аккумулятор. Для этого сначала стоит выполнить проверку. С помощью специального прибора, ареометра. Это простое устройство проверяет жидкость на предмет плотности и позволяет сделать конкретные быстрые выводы о состоянии аккумулятора в вашем автомобиле.

Проверка выполняется достаточно просто. Вам нужно открутить одну из крышек аккумулятора с помощью большой крестовой отвертки, вставить рабочую часть ареометра в жидкость и подержать несколько секунд. С помощью специальной шкалы оборудование покажет уровень плотности, что и станет поводом для дальнейшей доливки нужного типа жидкости.

Признаки окончательной поломки: когда электролит уже не поможет?

  1. На корпусе аккумулятора появилась трещина, весь пластиковый корпус или его часть покрываются каплями с кислотным воздействием.
  2. Из крышек идет пар. В этом случае можно смело сдавать батарею на утилизацию и покупать новую, не стоит менять электролит.
  3. Корпус батареи изменил свою форму. Это может случиться из-за полного разрушения внутренней части, что приводит к отказу работы такой батареи.
  4. АКБ уже исполнилось более 5-7 лет. Современные аккумуляторы обычно не живут столько времени, так что при таком возрасте нужно просто менять устройство.
  5. Электролит внутри имеет темный цвет, а также измененную вязкость, это говорит о разрушении свинцовых пластин, которые не меняются и не ремонтируются.

Что потребуется для замены электролита в аккумуляторах?

Набор приборов и инструментов зависит от того, какой метод залива и слива вы будете использовать. Сразу заметим, что полностью менять электролит не имеет смысла. Если его состав уже сильно изменился, это говорит о приближающейся смерти батареи. Намного проще сразу купить новый аккумулятор и не переживать о том, что он может выйти из строя в любой момент.

Также выбор комплекта инструментов зависит от того, как электролит заливать в аккумулятор. Часто можно использовать готовые жидкости, которые продаются в автомобильных магазинах. Но готовый электролит может не подойти для вашего аккумулятора. Поэтому в большинстве случаев разбавляют жидкость в банках батареи дистиллированной водой. Правда, эта мера временная и не приносит устойчивого результата.

Как слить часть электролита из АКБ?

Если при проверке батареи вы заметили, что жидкость выше нормы, необходимо частично слить электролит с аккумулятора, чтобы обеспечить нормальную работу устройства. В этом случае вам придется выполнить такую работу:

  • возьмите шприц с достаточно большим объемом рабочей колбы;
  • погрузите рабочую часть шприца (без иголки) в емкость с электролитом;
  • втяните нужное количество жидкости в шприц;
  • аккуратно достаньте инструмент из аккумулятора;
  • слейте электролит без потерь в заранее подготовленную пластиковую емкость;
  • убедитесь, что теперь уровень оптимальный.

Также многие сливают жидкость с помощью резиновой груши. При выполнении этой работы важно соблюдать меры предосторожности и не разливать жидкость. Электролит опасен для здоровья человека, особенно, если он попадает на нежные участки кожи и слизистую.

Как залить новый электролит в аккумулятор?

С добавлением токсичных и ядовитых материалов в довольно маленькие отверстия автомобильной батареи у многих возникают сложности. Лучше всего использовать такой же метод со шприцом, который был описан выше. Но в этот раз электролит будет набираться из подготовленной емкости, а сливаться в аккумулятор. Обязательно проверьте плотность жидкости после выполнения всех процедур. Для этого добейтесь показателей на ареометре 1.25-1.3 г/см3.

Как добавить дистиллированную воду в АКБ?

Выше мы рассмотрели, как залить электролит в аккумулятор. Делать это нужно в том случае, если плотность жидкости нормальная. Если же плотность повышена, значит разбавить рабочую среду нужно дистиллированной водой. Для этого можно выполнить самую простую заливку, стараясь не разливать воду из бутылки в подкапотном пространстве или по всему рабочему столу.

Заливка в этом случае простая, но нужно производить ее постепенно, чтобы не разбавить электролит слишком сильно. Доливайте понемногу и смотрите, как меняются показатели ареометра. Как только плотность придет в норму, прекратите доливку и проверьте уровень жидкости.

Итоги – когда стоит обслуживать автомобильный аккумулятор?

Процесс доливки жидкости в АКБ автомобиля достаточно сложен. Вам нужно убедиться в том, что плотность электролита соответствует заявленным нормам. Также проверьте уровень этого материала в АКБ. Нужно, чтобы пластины были полностью покрыты жидкостью слоем не менее 1 см. Если цвет электролита мутный, можно готовиться к покупке нового аккумулятора. Также любые физические повреждения корпуса говорят о скором выходе из строя.

Аккумуляторы, которые производитель сделал необслуживаемыми, невозможно проверить и долить в них электролит. Если вам удастся вскрыть их корпус, то герметично закрыть его уже не получится никогда. Будьте внимательны при обслуживании автомобильных батарей, чтобы продлить жизнь АКБ, а не вывести ее из строя окончательно.

Что подливать в современные АКБ: воду или электролит?

Большинство автомобилистов предпочитает покупать именно необслуживаемые аккумуляторы, они хороши тем, что не требуют к себе никакого внимания весь срок своей службы. Но кроме таких АКБ, в продаже доступны и классические – обслуживаемые батареи. За ними требуется регулярный уход, вот только не все водители умеют правильно это делать. Сегодня разберём, что нужно доливать в аккумулятор – электролит или дистиллированную воду.

Куда делся электролит?

В процессе работы аккумулятора из него постепенно испаряется электролит, что приводит к снижению его ёмкости, она начинает быстро разряжаться и не набирает полную зарядку. Стоит отметить, что электролит выкипает из всех типов аккумуляторов, даже из тех, которые не нуждаются в обслуживании. Практически во всех батареях производители предусматривают смотровое окошко, через которое можно контролировать уровень электролита — после испарения достаточного объёма происходит оголение свинцовых пластин. На обслуживаемых АКБ предусмотрены специальные крышки, открутив которые, вы можете посмотреть уровень жидкости и при необходимости долить.

Что долить в аккумулятор?

В большинстве случаев при уменьшении объёма электролита в аккумулятор добавляют дистиллированную воду. На дне батареи остаётся серная кислота, и, чтобы получить электролит, её необходимо разбавить водой. Процедура довольно простоя: покупаете в автомобильном магазине воду и доливаете её до уровня в аккумулятор. Но иногда это не помогает, и в этом случае в батарею нужно заливать уже готовый электролит. Такое бывает в случаях перезаряда АКБ из-за сломавшегося генератора. Это приводит к тому, что электролит начинает активно выкипать, и батарея остаётся буквально сухой. Тогда дистиллированная вода не поможет, и придётся доливать готовый электролит, его можно также купить в автомагазине.

После заливки дистиллированной воды или электролита обязательно нужно проверить его плотность при помощи ареометра. Нормальной плотностью для электролита считается 1,27 грамм/см3.

Фото: интернет-ресурсы

Утилизация электролита автомобильного аккумулятора | ООО Стандарт

Отработанные электролиты категорически запрещено сливать в:

  • Реки, озёра, природные или искусственные водоемы;
  • Канализационную систему многоквартирных домов;
  • На землю, вне зависимости от места расположения участка.

Ведь сама по себе, серная кислота несет большую угрозу здоровью человека, способна вызывать химические ожоги различной степени тяжести, «убивает» почву, отравляет источники питьевой воды. Кроме того, вступая в реакцию с металлическими трубами старых водопроводных систем, токопроводящая жидкость старых свинцовых АКБ, приводит к различным повреждениям систем и может доставить большой дискомфорт жителям многоэтажных многоквартирных домов.

Более того, утилизировать электролитические вещества нужно в специально оборудованных помещениях. Процедура регулируется государственными стандартами, а компания, занимающаяся такой деятельностью, должна иметь государственную аккредитацию, лицензии, сертификаты и все подтверждающие документы. Ведь в случае, если переработка будет производиться без соблюдения установленных норм, полученное сырье окажется некачественным и, фактически, непригодным для использования в производстве.

Благо, если вы ищете компанию, предлагающую утилизировать отработанные аккумуляторы (вне зависимости от их типа) или деактивировать электролит для безопасного слива, вы оказались в нужном месте. Ведь за несколько лет активной работы на столичном рынке, ООО «Стандарт» удалось заслужить доверие клиентов, предлагая комплексную переработку отработанных батарей, а также лучше цены для тех, кто желает сдать аккумуляторы, простаивающие в углу гаража или сарая. У нас есть все, что нужно для грамотной утилизации и мы готовы сотрудничать не только с корпоративными, но и с частными клиентами!

Эксплуатировать неисправный аккумулятор запрещается, поскольку с такими неполадками существует риск взрыва. В Москве сдать отработанную батарею на утилизацию по лучшей цене можно нашей компании.

Можно ли доливать электролит в аккумулятор: мнение экспертов

Когда автомобиль отказывается заводиться, первое, что приходит на ум, — всё ли в порядке с аккумулятором? Вероятно, он разрядился. Можно ли доливать электролит в аккумулятор или лучше воду?

Из чего состоит аккумулятор

Аккумуляторная батарея в автомобиле отвечает за запуск двигателя, исправную работу всей электрики автомобиля, а также «сглаживает» скачки напряжения. Внутри корпуса она представляет собой 6 последовательно соединённых элементов, состоящих из положительных и отрицательных токопроводящих пластин. Эти элементы залиты электролитом, взаимодействие с которым и обеспечивает результат работы.

Сама же жидкость состоит из дистиллированной воды и кислоты, смешанной в определённой пропорции. Нормы пропорций изменяются в зависимости от необходимой плотности смеси, а нормы плотности смеси, в свою очередь, зависят от температурных и климатических особенностей местности использования автомобиля.

Немного теории

Норма плотности электролита в АКБ для средней полосы России — 1,25—1,30 г/см. куб. Идеально, если показатель равен 1,28г/куб. см. Если, например, батарея перемёрзла или закипела, то плотность электролита изменится в одну или другую сторону, что приведёт к той самой быстрой разрядке аккумулятора. В таком случае необходимо найти причину проблемы и устранить её.

В поисках главным помощником будет ареометр — специальный прибор, с помощью которого и определяется плотность электролита.

Ареометр, определяющий плотность электролита

Чтобы воспользоваться им, в первую очередь откручивают круглую заглушку с каждого из отсеков аккумулятора, опускают прибор в жидкость и смотрят получившиеся показания.

Важно проверить каждый из отсеков!

Стоит также помнить, что эти манипуляции проводятся на не работающем в момент проверки устройстве.

Ещё один момент — жидкость должна на 1–1,5см закрывать элементы батареи. Если уровень жидкости меньше, то её доливка срочно необходима.

Ближе к практике

Если с определением проблемы всё понятно, то назревает вопрос: что доливается в аккумулятор – вода или электролит? С ответом поможет результат измерений ареометром: если раствор слишком плотный, то долив воды решит проблему. Если же раствор обладает слишком низкой плотностью, то без электролита не обойтись.

Разберёмся с водой. Почему так важно доливать дистиллированную или, на крайний случай, талую воду? Дело в том, что в бутилированной воде или воде из крана содержатся примеси, которые при взаимодействии с электричеством будут давать как минимум осадок, а в худших случаях приведут к полной негодности АКБ. Поэтому необходима максимально очищенная вода.

Для долива воды понадобится обыкновенная воронка, последующая зарядка аккумулятора и повторная проверка плотности получившейся смеси.

Жидкие подробности

Если говорить о доливе электролита, то здесь последовательность действий длиннее.

Стоит начать с изготовления необходимой смеси в домашних условиях:

  1. Берётся неметаллическая тара, в которую выливается 1 литр дистиллированной воды.
  2. Затем в неё, медленно и частями, не забывая перемешивать, вливают 0,36 литра аккумуляторной кислоты.
  3. Не стоит вливать жидкости наоборот, так как это чревато последствиями химической реакции.
  4. Затем стоит дать отстояться пару часов получившейся смеси – и необходимая жидкость готова.

Следующий этап — проверка текущего уровня электролита. Возьмите стеклянную трубочку, опустите её в жидкость и закройте верхний конец пальцем. Вытащите трубочку: количество жидкости в колбе показывает уровень электролита в аккумуляторе.

Если плотность недостаточная, то электролитическую жидкость доливают в каждый отсек АКБ, так, чтобы её уровень в каждом отсеке был одинаковым. В случае, если возникают трудности – излишки удаляются при помощи медицинской «груши».

Однако в ситуациях, когда доливкой не обойтись, — например, в случае, когда плотность электролита близка к 1г/куб. см. или даже меньше, — совершаются действия по восстановлению батареи. Из батареи удаляется старая жидкость, тщательно промывается каждая колба дистиллированной водой, затем заливается новый электролит с необходимой плотностью до нужного уровня (5–7мм выше пластин).

Затем, не закручивая колпачки, стоит дать постоять свежезалитому аккумулятору около 3-х часов, чтобы вышли пузырьки воздуха. Стоит ещё раз проверить плотность электролита, долить воды, если это необходимо. Далее аккумулятор полностью заряжается при помощи низкого тока — около 0,1 А. Процесс будет не слишком быстрым, но позволит продлить срок службы устройства.

Необслуживаемый АКБ — на выброс

Встречаются аккумуляторные батареи в цельной оболочке — ни о каком обслуживании вроде долива жидкостей не может быть и речи. Или может?

Если такая батарея работает уже свыше четырёх лет, то, скорее всего, в негодность пришли уже сами пластины, и даже замена электролита не спасёт положения. Но «свежие» АКБ не так безнадёжны. Для выявления их внутреннего мира высверливаются небольшие отверстия в корпусе, через которые получится как выяснить плотность жидкости, так и произвести её замену.

Технология действий останется такой же, как и в случае с обслуживаемым аккумулятором, с той разницей, что в конце отверстия необходимо будет закрыть эпоксидным клеем или любым другим материалом, который хорошо подойдёт для пластика и не боится высоких температур.

Стоит также отметить, что у необслуживаемых аккумуляторов зачастую есть возможность визуально отслеживать уровень жидкости.

Когда что-то идёт не так

Что обычно доливают в аккумулятор при понижении в нём уровня электролита? Всё зависит от плотности имеющейся жидкости, возможных вариантов всего два. При этом стоит понимать, по какой причине уровень понижается: возможно, происходит постоянное закипание электролита и из него выкипает вода? В таком случае нужно доливать дистиллированную воду и искать причину закипания.

Или же уровень электролита понизился потому, что АКБ перевернулся с неплотно закрученными шайбами и жидкость просто вылилась? Тогда однозначно необходимо долитие электролита.

В любом случае необходимо искать причины «неправильного» поведения жидкости. Если их вовремя не обнаружить и не устранить, то не исключены и возможные последствия — вплоть до произвольного нарушения целостности пластикового короба аккумулятора.

Важно помнить, что после полной смены электролита батарея не сможет служить верой и правдой очень долго — из-за контакта с воздухом повышается риск развития процессов коррозии на пластинах.

О многом может поведать и состояние сливаемого электролита: если в жидкости есть какие-то примеси, она имеет мутный или явно тёмный цвет, то не исключён факт того, что именно металлические элементы уже пришли в негодность и пластины разрушаются от времени эксплуатации. Конечно, замена электролита поможет и тут, но ненадолго. При этом может понадобиться и очистка самих пластин.

Подводя итоги

Изучив подробнее работу штатного АКБ автомобиля, вопрос «Можно ли доливать электролит в аккумулятор?» отпадает сам собой: можно, если нужно! Главное в этом процессе – внимательно следить за показателем плотности электролита, его уровнем, а также цветом и прозрачностью, так как это может быть признаком куда более серьёзных проблем.

Особенно важно всегда помнить, что вода обязательно должна быть именно дистиллированной, то есть очищенной ото всех примесей. В противном случае существует вероятность скорой порчи аккумулятора, а то и некоторых деталей автомобиля.

К слову, бутилированная вода также не может считаться достаточно чистой, так как содержит достаточное количество примесей. Не стоит забывать и о зарядке аккумулятора после любых манипуляций, лучше всего малым током, но дольше.

При встрече с гелевым аккумулятором повышение уровня электролита производится при помощи воды — она добавляется под каждый колпачок примерно по 1–1,2 мл, аккумулятор оставляется на несколько часов, чтобы впиталось недостающее до нормы количество влаги, а затем оставшиеся излишки удаляются.

Помните, что исправный аккумулятор автомобиля предотвращает возможность возникновения неприятностей в дороге.

Что такое электролит? — Советы по питанию батареи

Электролит в батарее — это вещество, которое позволяет электрическому току течь между анодом и катодом. Электролиты могут быть жидкими или твердыми. Растворимые соли, кислоты и основания обычно могут действовать как электролиты.

В то время как ток течет по металлическому проводнику в виде одиночных электронов, внутри электролита ток течет в форме ионов – атомов или молекул, которые несут заряд за счет добавления или вычитания электронов.Электроны, попадающие на клеммы батареи и покидающие их, вызывают химические реакции на электродах, в результате чего вокруг них образуются облака этих ионов. Ионы с противоположным зарядом движутся навстречу друг другу.

Отрицательно заряженные ионы, которые известны как анионы и имеют избыточные электроны, текут от катода к аноду. В то же время положительно заряженные ионы, известные как катионы и имеющие дефицит электронов, перетекают от анода к катоду. Таким образом, электрический заряд течет в обоих направлениях через электролит.

Хотя большинство электролитов являются жидкостями, они не всегда выглядят как скопления жидкости, отличные от электродов.

Примеры распространенных типов батарей с их электролитами:

  • Традиционная свинцово-кислотная батарея использует пластины на основе свинца для обоих электродов и бассейн с жидкой кислотой в качестве электролита.
  • В одноразовых щелочных батареях
  • используется цинковый анод и катод из оксида марганца. Электролит представляет собой щелочной раствор гидроксида калия.Хотя это жидкость, она не выглядит как отдельная лужица между электродами. Вместо этого электродные материалы представляют собой порошки, смешанные с электролитом с образованием пасты. Тонкий ионопроводящий слой отделяет анодно-электролитную пасту от катодно-электролитной пасты.
  • Цинк-угольные одноразовые батареи содержат электролит, представляющий собой влажную пасту из хлорида аммония и/или хлорида цинка. Эта электролитная паста содержится между цинковым корпусом, который действует как анод, и сердечником из оксида марганца, который действует как катод.В качестве проводника через центр катода используется графитовый стержень, поскольку оксид марганца быстро разъедает металлический проводник.
  • В литий-ионных батареях
  • в качестве электролита обычно используется раствор соли лития. Он не присутствует в виде скопления жидкости, а скорее нанесен тонким слоем на разделительный лист. Катод из оксида лития нанесен на тонкую медную фольгу, а графитовый анод — на алюминиевую фольгу. Эти фольги действуют как токосъемники, которые контактируют с клеммами батареи, известными как выступы.Затем формируется ячейка путем наслоения этих трех листов материала. Они часто сворачиваются, образуя цилиндрическую ячейку.

БУ-307: Как работает электролит?

Электролит служит катализатором, делающим батарею проводящей, способствуя движению ионов от катода к аноду при зарядке и обратно при разрядке. Ионы – это электрически заряженные атомы, которые потеряли или приобрели электроны. Электролит батареи состоит из растворимых солей, кислот или других оснований в жидком, гелеобразном и сухом виде.Электролит также поставляется в виде полимера, используемого в твердотельной батарее, твердой керамики и расплавленных солей, как в натрий-серной батарее.

Свинцово-кислотный

Свинцово-кислотный использует серную кислоту . При зарядке кислота становится более плотной, поскольку на положительной пластине образуется оксид свинца (PbO 2 ), который затем превращается почти в воду при полной разрядке. Удельный вес серной кислоты измеряют ареометром. (См. также BU-903: Как измерить уровень заряда).Свинцово-кислотные батареи выпускаются в залитых и герметичных форматах, также известных как свинцово-кислотные с регулируемым клапаном (VRLA) или необслуживаемые.

Серная кислота бесцветна с легким желто-зеленым оттенком, растворима в воде и обладает высокой коррозионной активностью. Изменение цвета на коричневатый оттенок может быть вызвано ржавлением в результате анодной коррозии или попаданием воды в аккумуляторную батарею.

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют разный удельный вес (SG). В батареях глубокого цикла используется плотный электролит с SG до 1.330 для достижения высокой удельной энергии, стартерные батареи имеют средний удельный вес около 1,265, а стационарные батареи имеют низкий удельный вес около 1,225, что снижает коррозию и увеличивает срок службы. (См. BU-903: Как измерить уровень заряда).

Серная кислота имеет широкий спектр применений, а также входит в состав очистителей канализации и различных чистящих средств. Он также используется в переработке полезных ископаемых, производстве удобрений, переработке нефти, очистке сточных вод и химическом синтезе.

ВНИМАНИЕ Серная кислота может нанести серьезный ущерб при попадании на кожу и привести к необратимой слепоте при попадании в глаза. Проглатывание серной кислоты вызывает необратимые повреждения.

Никель-кадмий (NiCd)

Электролит в NiCd представляет собой щелочной электролит (гидроксид калия) . Большинство никель-кадмиевых аккумуляторов имеют цилиндрическую форму, в которой несколько слоев положительных и отрицательных материалов свернуты в рулон.Залитая версия NiCd используется в качестве корабельной батареи в коммерческих самолетах и ​​в системах ИБП, работающих в жарком и холодном климате, требующих частых циклов. NiCd дороже свинцово-кислотных, но служит дольше.

Никель-металлогидрид (NiMH)

NiMH использует тот же или аналогичный электролит, что и NiCd, который обычно представляет собой гидроксид калия. Электроды NiMH уникальны и состоят из никеля, кобальта, марганца, алюминия и редкоземельных металлов, которые также используются в литий-ионных батареях.NiMH доступен только в герметичных версиях.

Гидроксид калия представляет собой неорганическое соединение с формулой KOH, обычно называемое едким калием. Электролит бесцветен и имеет множество промышленных применений, например, ингредиент большинства мягких и жидких мыл. КОН вреден, если его не переварить.

Литий-ионный (Li-ion)

Li-ion использует жидкий, гелевый или сухой полимерный электролит. Жидкая версия представляет собой легковоспламеняющийся органический, а не водный тип, раствор солей лития с органическими растворителями, подобными этиленкарбонату.Смешивание растворов с различными карбонатами обеспечивает более высокую проводимость и расширяет диапазон температур. Другие соли могут быть добавлены для уменьшения газообразования и улучшения цикличности при высоких температурах.

Литий-ионный аккумулятор

с гелеобразными электролитами получает множество добавок для повышения проводимости, как и литий-полимерный аккумулятор. Настоящий сухой полимер становится проводящим только при повышенных температурах, и эта батарея больше не используется в коммерческих целях. Добавки также вводятся для достижения долговечности и уникальных характеристик.Рецепт засекречен и у каждого производителя есть свой секрет соуса. (См. также BU-808b: Из-за чего умирает литий-ионный аккумулятор?)

Электролит должен быть стабильным, но это не так с Li-ion. На аноде образуется пассивирующая пленка, называемая границей твердого электролита (SEI) . Этот слой отделяет анод от катода, но позволяет ионам проходить через него подобно сепаратору. По сути, слой SEI должен сформироваться, чтобы батарея могла работать. Пленка стабилизирует систему и продлевает срок службы литий-ионных аккумуляторов, но снижает емкость.На катоде также происходит окисление электролита, что необратимо снижает емкость. (См. также BU-701: Как заправить батареи)

Чтобы пленки не становились слишком ограничительными, добавки смешивают с электролитом, который расходуется при формировании слоя SEI. Трудно, если вообще возможно, отследить их присутствие при проведении судебно-медицинской экспертизы. Это держит запатентованные добавки в коммерческой тайне, как их состав, так и используемое количество.

Хорошо известной добавкой является виниленкарбонат (VC).Это химическое вещество увеличивает срок службы литий-ионных аккумуляторов, особенно при более высоких температурах, и поддерживает низкое внутреннее сопротивление по мере использования и старения. VC также поддерживает стабильную пленку SEI на аноде без неблагоприятных побочных эффектов окисления электролита на катоде (Aurbach et al.). Говорят, что академические и исследовательские сообщества отстают от производителей клеток в знаниях и выборе добавок, отсюда и большой секрет. (См. также «Добавки и их влияние на кулоновскую эффективность» в разделе BU-808b: Что заставляет Li-ion умирать?

Для большинства коммерческих литий-ионных аккумуляторов слой SEI разрушается при температуре элемента 75–90°C (167–194°F).Тип элемента и уровень заряда (SoC) влияют на пробой при повышенной температуре. Может возникнуть самонагрев, который может привести к тепловому разгону при неправильном охлаждении. Лабораторные тесты, проведенные на ячейках 18650, показали, что такое тепловое событие может развиваться в течение двух дней.

Воспламеняемость литий-ионного электролита является еще одной проблемой, и проводятся эксперименты по производству негорючих или пониженно воспламеняющихся электролитов с помощью добавок или разработки неорганических ионных жидкостей. Также проводятся исследования по эксплуатации Li-ion при низких температурах.На момент написания ни один из этих электролитов не имел широкого коммерческого применения.

Высыхание или медленное превращение жидкого электролита в твердую форму — еще одно явление старения, снижающее производительность Li-ion. «Когда жидкость ушла, батареи разряжены», — говорит Джефф Дан, специалист по литий-ионным батареям и профессор физики. Жидкость электролита — еще один индикатор состояния, относящийся ко всем химическим веществам батареи.

Батарейки в портативном мире

Материал по Battery University основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров », которое доступно для заказа через Amazon.ком.

электролитов в батарее — новости о хранении энергии, батареях, изменении климата и окружающей среде

Батареи

используют электролиты в качестве химического источника для производства электроэнергии. Электролит — это любое вещество, которое высвобождает ионы при растворении в подходящем растворителе (например, в геле) или жидкости (например, в воде или соке).

Каждая батарея состоит из анода, катода и раствора электролита. Анод и катод представляют собой электроды (электропроводный материал, через который могут протекать электрические заряды или ток), которые погружены в раствор электролита и соединены снаружи с помощью проводника.При растворении в растворителе электролит выделяет ионы. И мы знаем, что движущиеся ионы или электроны производят электрический ток. Посмотрим, как.

Ионы, выделяемые электролитом, реагируют с анодом, высвобождая один или несколько электронов. Когда электроны накапливаются возле анода, они начинают двигаться по проводу к катоду, на котором электронов нет или очень мало. Это движение электронов производит электрический ток, который питает любое устройство, подключенное через провод, как показано на Рисунок 1 .

Рисунок 1: Базовая компоновка батареи

Вам интересно, что происходит со всеми электронами, направляющимися к катоду? Ну, катод реагирует с электролитом и электронами, образуя соединение, и в процессе расходует электроны.

В зависимости от степени, в которой электролит может ионизироваться (выделять ионы), электролиты могут быть сильными или слабыми. Сильные электролиты  – это соединения, которые в значительной степени ионизируются в водном растворе и проводят сильный электрический ток. Слабые электролиты  это те соединения, которые ионизируются в очень небольшой степени в водном растворе и проводят очень небольшое количество электрического тока.

В разных батареях в качестве электролита используются разные химические соединения. Некоторыми из таких широко используемых соединений являются хлорид натрия, азотная кислота, серная кислота, ацетат натрия, хлорная кислота и т. д.

Первая батарея была изобретена итальянским физиком Алессандро Вольта в 1799 году путем выработки постоянного электрического тока с использованием вольтовых столбов .С тех пор форма батареи изменилась, но основная концепция осталась прежней. Анод, катод и электролит по-прежнему необходимы для изготовления батареи.

Новый аккумуляторный электролит может увеличить модельный ряд электромобилей

Марк Шварц

Новый электролит на основе лития, изобретенный учеными Стэнфордского университета, может проложить путь к следующему поколению электромобилей с батарейным питанием.

В исследовании, опубликованном 22 июня в журнале Nature Energy , исследователи из Стэнфорда демонстрируют, как их новая конструкция электролита повышает производительность литий-металлических батарей, многообещающей технологии для питания электромобилей, ноутбуков и других устройств.


Обычный (прозрачный) электролит слева и новый Стэнфордский электролит
справа. (Изображение предоставлено: Чжао Юй)

«Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях, которые быстро приближаются к своему теоретическому пределу плотности энергии», — сказал соавтор исследования И Цуй, профессор материаловедения и инженерии, а также фотонной науки в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. «Наше исследование было сосредоточено на литий-металлических батареях, которые легче литий-ионных батарей и потенциально могут обеспечивать больше энергии на единицу веса и объема.

Литий-ионный по сравнению с металлическим литием

Литий-ионные аккумуляторы

, используемые во всем, от смартфонов до электромобилей, имеют два электрода — положительно заряженный катод, содержащий литий, и отрицательно заряженный анод, обычно сделанный из графита. Раствор электролита позволяет ионам лития перемещаться туда и обратно между анодом и катодом, когда батарея используется и когда она перезаряжается.

Литий-металлическая батарея может удерживать вдвое больше электроэнергии на килограмм, чем современная обычная литий-ионная батарея.Литий-металлические батареи делают это, заменяя графитовый анод металлическим литием, который может хранить значительно больше энергии.

«Литий-металлические аккумуляторы очень перспективны для электромобилей, где вес и объем имеют большое значение», — сказал соавтор исследования Женан Бао, K.K. Ли Профессор инженерной школы. «Но во время работы литий-металлический анод реагирует с жидким электролитом. Это вызывает рост литиевых микроструктур, называемых дендритами, на поверхности анода, что может привести к возгоранию и выходу батареи из строя.

Исследователи десятилетиями пытались решить проблему дендритов.

«Электролит был ахиллесовой пятой литий-металлических аккумуляторов», — сказал соавтор Чжао Юй, аспирант по химии. «В нашем исследовании мы используем органическую химию для рационального проектирования и создания новых стабильных электролитов для этих батарей».

Новый электролит

В ходе исследования Ю и его коллеги изучили, могут ли они решить проблемы стабильности с помощью обычного имеющегося в продаже жидкого электролита.

«Мы предположили, что добавление атомов фтора в молекулу электролита сделает жидкость более стабильной, — сказал Юй. «Фтор — широко используемый элемент в электролитах для литиевых аккумуляторов. Мы использовали его способность притягивать электроны для создания новой молекулы, которая позволяет металлическому литиевому аноду хорошо функционировать в электролите».

Результатом стало новое синтетическое соединение, сокращенно FDMB, которое можно легко производить в больших количествах.

«Конструкции электролитов становятся очень экзотическими, — сказал Бао.«Некоторые из них подали хорошие надежды, но их производство очень дорого. Молекулу FDMB, которую придумал Чжао, легко производить в больших количествах, и она довольно дешевая».

«Невероятная производительность»

Команда из Стэнфорда протестировала новый электролит в литий-металлическом аккумуляторе.

Результаты были впечатляющими. Экспериментальная батарея сохранила 90 процентов своего первоначального заряда после 420 циклов зарядки и разрядки. В лабораториях типичные литий-металлические батареи перестают работать примерно через 30 циклов.


Кандидаты в доктора наук и ведущие авторы Хансен Ван (слева) и Чжао Ю (справа) тестируют
экспериментальную клетку в своей лаборатории. (Изображение предоставлено Хунся Ван.)

Исследователи также измерили, насколько эффективно ионы лития переносятся между анодом и катодом во время зарядки и разрядки — свойство, известное как «кулоновская эффективность».

«Если вы зарядите 1000 ионов лития, сколько вы получите обратно после разрядки?» — сказал Цуй. «В идеале вам нужно 1000 из 1000 для кулоновской эффективности 100 процентов.Чтобы быть коммерчески жизнеспособным, элемент батареи должен иметь кулоновский КПД не менее 99,9%. В нашем исследовании мы получили 99,52% в полуячейках и 99,98% в полных ячейках; невероятное выступление».

Аккумулятор без анодов

Для потенциального использования в бытовой электронике команда из Стэнфорда также протестировала электролит FDMB в безанодных литий-металлических мешочных элементах — имеющихся в продаже батареях с катодами, которые подают литий к аноду.

«Идея состоит в том, чтобы использовать литий только на стороне катода для снижения веса», — сказал соавтор Хансен Ван, аспирант в области материаловедения и инженерии.«Безанодная батарея проработала 100 циклов, прежде чем ее емкость упала до 80 процентов — не так хорошо, как эквивалентная литий-ионная батарея, которая может работать от 500 до 1000 циклов, но все же одна из самых эффективных безанодных элементов».

«Эти результаты обнадеживают для широкого спектра устройств», — добавил Бао. «Легкие безанодные аккумуляторы станут привлекательной чертой для дронов и многих других потребительских электронных устройств».

Аккумулятор500

Министерство энергетики США (DOE) финансирует большой исследовательский консорциум под названием Battery500 , чтобы сделать литий-металлические батареи жизнеспособными, что позволит производителям автомобилей создавать более легкие электромобили, которые могут преодолевать гораздо большие расстояния между зарядками.Это исследование было частично поддержано грантом консорциума, в который входят Стэнфорд и SLAC.

Усовершенствуя аноды, электролиты и другие компоненты, Battery500 стремится почти втрое увеличить количество электроэнергии, которое может обеспечить литий-металлическая батарея, со 180 ватт-часов на килограмм, когда программа была запущена в 2016 году, до 500 ватт-часов на килограмм. Более высокое отношение энергии к весу, или «удельная энергия», является ключом к решению проблем с запасом хода, которые часто возникают у потенциальных покупателей электромобилей.

«Безанодная батарея в нашей лаборатории достигла удельной энергии около 325 ватт-часов на килограмм, приличное число», — сказал Цуй. «Нашим следующим шагом может стать совместная работа с другими исследователями из Battery500 для создания элементов, которые приближаются к цели консорциума — 500 ватт-часов на килограмм».


Испытание на воспламеняемость обычного карбонатного электролита (слева) и нового электролита FDMB (справа), разработанного
в Стэнфорде. Обычный карбонатный электролит воспламеняется сразу после контакта с пламенем, но электролит
FDMB может выдерживать прямое пламя в течение не менее трех секунд.(Кредит Чжао Юй)

В дополнение к более длительному сроку службы и лучшей стабильности, электролит FDMB также гораздо менее горюч, чем обычные электролиты, как показали исследователи во встроенном видео.

«Наше исследование, по сути, представляет собой принцип проектирования, который люди могут применять для создания лучших электролитов», — добавил Бао. «Мы только что показали один пример, но есть много других возможностей».

Другие соавторы из Стэнфорда: Цзянь Цинь , доцент кафедры химического машиностроения; ученые с докторской степенью Сянь Конг, Кеченг Ван, Вэньсяо Хуан, Снехашис Чоудхури и Чибуезе Аманчукву; аспиранты Уильям Хуан, Ючи Цао, Дэвид Макканик, Ю Чжэн и Саманта Хунг; и студенты Ютинг Ма и Эдер Ломели.Синьчан Ван из Сямэньского университета также является соавтором. Женан Бао и И Цуй — старшие научные сотрудники Стэнфордского института энергетики Precourt Institute . Цуй также является главным исследователем Стэнфордского института материаловедения и энергетики , совместной исследовательской программы SLAC и Стэнфорда.

Эта работа также была поддержана Программой исследования материалов для аккумуляторов Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США. Двое соавторов поддерживаются Программой стипендий Национального научного фонда для аспирантов и стипендией TomKat Center Postdoctoral Fellowship в области устойчивой энергетики в Стэнфорде.Оборудование, используемое в Стэнфорде, поддерживается Национальным научным фондом.

Электролит для аккумуляторов – обзор

Введение

Разработка новых материалов для хранения энергии играет решающую роль в переходе к чистой и возобновляемой энергии. Однако улучшения производительности и долговечности батарей были постепенными из-за отсутствия понимания как материалов, так и сложностей химической динамики, происходящих в условиях эксплуатации [1].Как правило, для проверки химического или физического свойства проводятся экспериментальные испытания с широким набором параметров. К сожалению, эти повторяющиеся экспериментальные и теоретические исследования часто требуют много времени и неэффективны, потому что значительный прогресс обычно требует сочетания химической интуиции и интуиции. Таким образом, эти подходы не могут охарактеризовать миллионы материалов, необходимых для определения даже небольшого подкласса совершенных кристаллических материалов, не говоря уже о более сложных структурах, обнаруженных в электрохимических элементах [2].Эта так называемая «открытая» методология разработки приводит к длительным временным рамкам для открытия новых материалов для батарей, часто превышающим десятилетие, чтобы вывести на рынок новую формулу.

В последнее десятилетие расчеты из первых принципов, особенно основанные на более экономичных приближениях, таких как теория функционала плотности (DFT) [3,4], в настоящее время надежно автоматизированы [5–7] для высокопроизводительного прогнозирования свойств по огромному количеству материалов. Эти методы использовались в успешных разработках материалов, таких как щелочно-ионные батареи [8–10], для определения перспективных твердотельных литий-ионных проводников для аккумуляторных электролитов [11], а также в других областях применения материалов [12–15]. ].Основываясь на этих усилиях, ожидается, что дизайн материалов, управляемый вычислениями, приведет к открытию новых материалов и значительно сократит время и стоимость разработки материалов [16] за счет расширения и развития методов машинного обучения (МО).

ML — это область искусственного интеллекта, которая показывает хорошую применимость в классификации, регрессии и других задачах, связанных с многомерными данными. Нацеленный на извлечение знаний и получение информации из больших баз данных, машинное обучение учится на предыдущих вычислениях для получения надежных, воспроизводимых решений и результатов [17,18].С быстрым темпом развития подходов, основанных на данных, которые сочетают в себе мудрость экспертов с мощными моделями машинного обучения, ученые начинают интегрировать человеческую интуицию в руководство научными исследованиями. Ученые и инженеры теперь могут реалистично моделировать свойства и поведение материалов в конкретных энергетических приложениях. Модели

ML уже показали свою замечательную способность в разработке новых кристаллических твердых материалов с быстрой монокристаллической литий-ионной проводимостью при комнатной температуре [19].Моделирование DFT с использованием методов на основе ML показало, что поиск под управлением ML в 2,7 раза чаще выявляет быстрые литий-ионные проводники, при этом среднее логарифмическое значение литий-ионной проводимости при комнатной температуре улучшается как минимум в 44 раза, а 1000-кратное увеличение скорости обнаружения кандидатов по сравнению с методами проб и ошибок (рис. 1). Подобные методы впервые позволяют перейти от традиционных методов исследования «без обратной связи» к гораздо более эффективному методу «замкнутой петли», который прокладывает путь к обратному дизайну материалов (табл. 1).

Рисунок 1. Сравнение времени вычислений и точности для алгоритма машинного обучения, экспертов-людей и случайного угадывания. Алгоритм работает так же, как лучшие люди, но с более высокой скоростью, что позволяет быстро просматривать миллионы материалов-кандидатов [2].

Таблица 1. Краткий обзор методов машинного обучения, применяемых к материалам для хранения энергии.

9003

3 Ссылки
4

4
Материалы Прогноз Метод Способ Основные данные
Nani 1/3 MN 1/3 CO 1/3 O 2 катодный материал для Натрий-ионные аккумуляторы Для моделирования и оптимизации процесса изготовления материала положительного электрода для натрий-ионных аккумуляторов Кластер алгоритмов синхронизированной перекрестной проверки регрессии опорных векторов Полученное оптимизированное значение емкости составляет 176 мАч·г −1 для 99 циклов, что лучше, чем у обычных аккумуляторов, используемых в коммерческих целях [55]
Катодные материалы, богатые никелем: LiNi x Co 1-xy Mn 1-xyz O 2 (NCM) для электромобилей. 1 . Построить прогностическую модель, чтобы предложить оптимизированные экспериментальные параметры, которые удовлетворяют целевым спецификациям. 2 . Поиск идеального процесса синтеза катодных материалов с высоким содержанием никеля, что приведет к ускоренной разработке литий-ионных аккумуляторов с большей емкостью и более длительным сроком службы для электромобилей. 3 . Разработка, прогнозирование и улучшение электрохимических характеристик катодных материалов с высоким содержанием никеля: LiNixCo1-x-yMn1-x-y-zO2 (NCM) для применения в электромобилях 1.Модели регрессии машинного обучения: машина опорных векторов (SVM), дерево решений (DT), гребневая регрессия (RR), случайный лес (RF), чрезвычайно рандомизированное дерево (ERT) и нейронная сеть (NN) с многослойным персептроном. Модель машинного обучения (ERT + AdaBoost). 2. Пакет машинного обучения на основе Python scikit-learn 1. Оптимизированные синтетические параметры для богатых никелем катодных материалов, LiNi x Co 1-xy Mn 1-xyz O 2 (NCM), с х > 0,85 для улучшения электрохимических характеристик.2. Показано, что температура прокаливания и размер частиц являются определяющими факторами для достижения длительного срока службы. 3. Подтверждено, что структуры с более высокими температурами прокаливания, более высоким содержанием никеля и большим размером первичных частиц приводят к более низким показателям срока службы. 4. Модель машинного обучения (ERT + AdaBoost) продемонстрировала наилучшие характеристики для прогнозирования начальной емкости, остаточного Li и срока службы. 5. Схема обратного инжиниринга была успешно использована, чтобы предложить идеальные экспериментальные параметры для выполнения целевых спецификаций. [56]
Li 5 B 7 S 13 , LI 2 B 2 S 5 , LI 3 ERCL 6 , LISO 3 F, Li 3 , LI 6 , Li 6 , LI 2 HIO, Limgb 3 (H 9 N) 2 и CSLI 2 BS 3 · LI 5 B 7 S 13 Разработка модели на основе машинного обучения (ML) для прогнозирования проводимости суперионного литий-ионного аккумулятора проводимость 1.Обнаружено много новых твердых материалов с предсказанной суперионной литий-ионной проводимостью (≥10 −4 См/см) при комнатной температуре: Li 5 B 7 S 13 , Li 2 B 2 S 5 , Li 3 ERCL 6 , LISO 3 F, LI 3 ELL 6 , LI 2 HIO, LIMGB 3 (H 9 N) 2 и CSLI 2 БС 3 . 2. Li 5 B 7 S 13 имеет предсказанную методом DFT-MD проводимость RT Li (74 мСм·см −1 ), что во много раз больше, чем у самых быстрых известных литий-ионных проводников [19]
LiPF 6 электролит для литий-ионных аккумуляторов Для определения неизвестных концентраций основных компонентов в типичных электролитах литий-ионных аккумуляторов. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье и машинное обучение Подтверждено, что концентрация LiPF 6 уменьшилась на 10–20%, когда клетки прошли 200 циклов при 55 °C. Отказ ячейки из-за большой потери соли [57]
Материалы для молекулярных электродов на основе углерода Для определения перспективных материалов положительного электрода с высокими характеристиками Структура машинного обучения DFT на основе молекулярных электродных материалов.2. Установлено, что сродство к электрону вносит наибольший вклад в окислительно-восстановительный потенциал, за ним следуют число атомов кислорода, щель ВЗМО–НСМО, число атомов лития, НСМО и ВЗМО в порядке соответственно [58]
Катодные материалы со слоистой структурой для литий-ионных аккумуляторов Для прогнозирования электрохимических свойств: затухание плотности энергии разряда и емкости Алгоритм искусственной нейронной сети Предлагаемая модель 3D-QANN: количественная модель взаимосвязи структура-свойство для прогнозирования физических свойств неорганических кристаллических твердых тел и дизайн новых материалов [59]
LiFePO 4 Срок службы литий-ионных аккумуляторов Байесовский LS-SVR и вейвлет-нейронная сеть Прогнозируемый срок службы цикла батарея в течение очень короткого времени прогнозирования (в пределах 1.41 с), при этом средняя ошибка составляет всего около одной трети от ошибки традиционного алгоритма короткие периоды гальваностатического действия [61]

ВЗМО, высшая занятая молекулярная орбиталь; LUMO, низшая незанятая молекулярная орбиталь; QANN, квантовая искусственная нейронная сеть.

Обратный дизайн материала эффективно инвертирует текущий процесс проектирования, позволяя желаемым целям производительности определять состав и структуру, которые лучше всего соответствуют этим целям, без предварительного определения исходного материала или структуры [20–26].Важно отметить, что машинное обучение будет играть ключевую роль в разработке аккумуляторов, помогая обратному проектированию, поскольку их вычислительные стратегии будут продолжать автоматически улучшаться с опытом [27]. Методы кластерного расширения [28] в настоящее время широко используются для изучения беспорядка в электродных материалах, в нейронных сетях, которые систематически повышают надежность моделирования молекулярной динамики [29]. Вероятностные модели, основанные на данных, теперь могут сузить число вероятных кандидатов, предназначенных для конкретных приложений, из химического пространства, состоящего из более чем 10 90 282 60 90 283 возможных молекул.Генеративные модели производят большое количество молекул-кандидатов, которые потребуют лабораторного синтеза для проверки результатов моделирования, требующих автоматизации синтеза, также основанной на машинном обучении и робототехнике. Эти формы автоматизации позволят ученым-исследователям сократить количество времени, затрачиваемого на дорогостоящие, интуитивно управляемые, повторяющиеся синтезы. Даже с текущими базами данных, полученными на основе предыдущих лабораторных экспериментов, у ученых уже достаточно данных для производства высокоцелевых молекул по сравнению с неуправляемым подходом «разомкнутого цикла».

Онлайн-статус заряда и работоспособность аккумулятора теперь можно прогнозировать с помощью моделей машинного обучения каждый раз, когда аккумулятор подвергается циклам зарядки/разрядки, что имеет решающее значение для долговечных и безопасных электромобилей. Раннее обнаружение неадекватной работы также облегчает своевременное техническое обслуживание аккумуляторных систем [30–33]. Модели глубокого генеративного обучения способны отображать лежащее в основе распределение вероятности как структуры, так и свойства и связывать их нелинейным образом, позволяя этим моделям фильтровать характерные особенности, присущие определенным молекулам [34,35].Недавно методы машинного обучения применялись для описания архитектуры, свойств и производительности литий-ионных аккумуляторов [36].

Эти результаты частично связаны с постоянно растущими базами данных атомных структурных данных, необходимых для расчетов DFT, а также с большими улучшениями в вычислительных ресурсах, которые прокладывают путь для ступенчатого изменения методов исследования [38]. Мередиг и соавт. [38] показали, что их подход к скринингу материалов, основанный на данных машинного обучения, позволяет изучать правила химии из DFT, делать точные энергетические прогнозы для новых составов при меньших вычислительных затратах на шесть порядков и, кроме того, не требует знания кристаллической структуры.Эти методы в настоящее время применяются для прогнозирования емкости лития в батареях. Ван и др. [37] показали, как вычислительный анализ может предложить новые материалы, такие как новый катодный материал, содержащий ванадий, который, как было предсказано, превзойдет энергоемкость обычных литий-железо-фосфатных катодов примерно на 10% (рис. 2). Материал был синтезирован и вел себя так, как предсказывали модели машинного обучения.

Рисунок 2. Смоделированный кристаллический каркас ванадийсодержащего катодного материала для усовершенствованных аккумуляторов [37].Атомы лития, показанные зеленым цветом, встроены в каркас. С тех пор состав был синтезирован и работал так, как предсказывали модели.

Моделирование структур и свойств конкретных электродных материалов, понимание механизмов заряда/разряда в атомном масштабе и разработка рациональных «замкнутых» стратегий проектирования для электродных материалов, а также электролитов идут полным ходом. Всесторонний обзор исследований по моделированию и теоретическому проектированию серных катодов, кислородных катодов, литий-металлических анодов и твердотельных электролитов литий-металлических батарей можно найти в исследовании Fan et al.[39].

Эпоха больших данных уже наступила с экспериментами на крупномасштабных установках, таких как синхротроны, генерирующие огромные скорости передачи данных. Объединение больших данных с машинным обучением уже является важным исследовательским приоритетом. Вопросы, связанные с хранением, управлением и анализом больших объемов данных, являются сложными проблемами, требующими решения. Платформы управления данными жизненно важны, потому что контролируемые модели машинного обучения обычно требуют больших объемов надежных обучающих данных для построения надежных моделей [40,41], поскольку существующие экспериментальные данные и данные будущих экспериментальных работ по-прежнему охватывают лишь часть стабильных химических комбинаций, которые, возможно, встречаются в природе. .

Разработка универсальных платформ для управления данными и обмена ими необходима, чтобы придать импульс ускорению поиска и разработки материалов. Передовые методы характеристики материалов с их постоянно растущими возможностями сбора и хранения данных представляют собой проблему в современном материаловедении, и необходимы новые процедуры для быстрой оценки и анализа собранных данных, чтобы вывести на рынок новые энергетические решения за меньшее время [ 42]. В настоящее время большие высококачественные открытые базы данных рассчитанных свойств материалов, такие как Materials Project [15], Open Quantum Materials Database [43] и репозиторий AFLOW, быстро растут и помогают картировать обширные области химического пространства.Также создаются базы данных и библиотеки для аккумуляторных электролитов [44], которые будут использоваться в будущем для быстрой разработки электролитов следующего поколения. Европейское крупномасштабное исследование «Батарея 2030+» недавно определило создание «Генома интерфейса батареи» и «Платформы ускорения материалов» в качестве важных вех на пути к ускоренному открытию сверхвысокопроизводительных батарей [45]. В одной из крупнейших коллекций молекул химический космический проект [46] нанес на карту 166 молекул.4 миллиарда молекул, содержащих не более 17 тяжелых атомов.

В ближайшем будущем мы можем ожидать огромного роста этих новых баз данных и библиотек, что, в свою очередь, повысит прогностическую силу машинного обучения. Важным достижением, которое следует отметить, является работа Стэнфордского сотрудничества с Google Brain, где исследователи демонстрируют новый подход к переносу физических данных в более общие дескрипторы, полученные из физических уравнений, что позволяет им проверять миллиарды неизвестных составов на предмет проводимости литий-ионных аккумуляторов с использованием точной обученной модели. с физическим пониманием для создания большой базы данных из небольших данных [47].Центральное место в методологиях машинного обучения, применяемых в химических науках, занимает представление молекул. Эти представления, которые служат для кодирования соответствующей физики и химии, будут лучше обобщаться по мере продвижения исследований, что позволит еще быстрее проводить скрининг материалов. Несмотря на значительный прогресс, предстоит еще много работы. Графические и иерархические представления молекул являются областью, требующей дальнейшего изучения [48].

Наконец, для проведения этих симуляций требуется доступ к вычислительной инфраструктуре.По всему миру разрабатываются или уже работают новые центры искусственного интеллекта, чтобы оказывать всестороннюю помощь ученым и учреждениям, стремящимся объединить методы машинного обучения в своих исследованиях. Сочетание крупных исследовательских институтов и мощной инфраструктуры машинного обучения значительно ускорит разработку материалов в ближайшие годы и позволит ведущим технологическим компаниям активно участвовать в развитии фундаментальных научных исследований, а также стимулировать новое экономическое развитие.

Электролитные блокираторы к магниевой аккумуляторной батарее

Недорогой недендритный металлический магний является идеальным анодом для ионно-литиевой батареи. В настоящее время разработка магниевых электролитов определяет темпы прогресса в этой области, поскольку свойства электролита определяют класс используемых катодов. В настоящем документе представлен обзор последних достижений в области электролита для магниевых аккумуляторов и перспективы смягчения существующих проблем.Во-первых, было показано, что теория функционала плотности предсказывает потенциальное окно магниевых электролитов на инертных электродах. Во-вторых, мы сообщаем о первоначальных усилиях, направленных на преодоление коррозионного свойства этих галогеноалюминатов магния по отношению к менее благородным металлам, таким как нержавеющая сталь. Это является серьезной проблемой при разработке магниевых электролитов высокого напряжения, необходимых для аккумуляторов, работающих при напряжении выше 3 В. Наконец, мы коснемся катодных кандидатов, включая классы внедрения и преобразования.Одним из конверсионных катодов, которому мы уделяем особое внимание, является электрофильная сера, которую можно сочетать с анодами из металлического магния с использованием ненуклеофильных электролитов, полученных путем простой кристаллизации in situ , образующих органогалогеналюминаты магния. По сути, ненуклеофильные электролиты открывают двери для исследований магниево-серных батарей.

У вас есть доступ к этой статье

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

Аккумуляторный электролит следующего поколения, изготовленный из дерева, обеспечивает рекордную электропроводность

В современных литиевых батареях обычно используется жидкий электролит для переноса ионов между двумя электродами, но ученые, рассматривающие твердые альтернативы, видят в будущем некоторые захватывающие возможности.Среди них есть авторы нового исследования, которые использовали целлюлозу, полученную из древесины, в качестве основы для одного из этих твердых электролитов, который имеет толщину бумаги и может изгибаться и изгибаться, чтобы поглощать нагрузку во время цикла работы батареи.

Одним из недостатков электролитов, используемых в современных литиевых батареях, является то, что они содержат летучие жидкости, которые несут риск возгорания в случае короткого замыкания устройства и могут способствовать образованию щупальцеобразных наростов, называемых дендритами, которые снижают производительность. Между тем, твердые электролиты могут быть изготовлены из негорючих материалов, что делает устройство менее склонным к образованию дендритов и может открыть совершенно новые возможности в архитектуре батареи.

Одна из этих возможностей связана с анодом, одним из двух электродов, который в современных батареях сделан из смеси графита и меди. Некоторые ученые рассматривают твердые электролиты как ключевой шаг к тому, чтобы заставить батареи работать с анодом, изготовленным из чистого металлического лития, что может помочь преодолеть узкое место в плотности энергии и позволить электромобилям и самолетам путешествовать намного дальше без подзарядки.

Многие твердые электролиты, разработанные до сих пор, были сделаны из керамических материалов, которые очень эффективно проводят ионы, но не так хорошо выдерживают нагрузки во время зарядки и разрядки из-за своей хрупкой природы.Ученые из Университета Брауна и Университета Мэриленда искали альтернативу этому и использовали в качестве отправной точки нанофибриллы целлюлозы, обнаруженные в древесине.

Эти полимерные трубки из древесины были объединены с медью для образования твердого ионного проводника с проводимостью, аналогичной керамике, и в 10-100 раз лучше, чем у других полимерных ионных проводников. По словам команды, это связано с тем, что добавление меди создает пространство между цепями полимера целлюлозы для образования «ионных супермагистралей», позволяя ионам лития путешествовать с рекордной эффективностью.

«Включив медь в одномерные нанофибриллы целлюлозы, мы продемонстрировали, что целлюлоза, обычно изолирующая ионы, обеспечивает более быстрый транспорт ионов лития в полимерных цепях», — сказал автор исследования Лянбинг Ху. «Фактически мы обнаружили, что этот ионный проводник достиг рекордно высокой ионной проводимости среди всех твердых полимерных электролитов».

А поскольку материал тонкий и гибкий, как бумага, ученые считают, что он лучше переносит нагрузки, возникающие при циклировании батареи.Они также говорят, что он обладает электрохимической стабильностью, необходимой для размещения литий-металлического анода и высоковольтных катодов, или может выступать в качестве связующего материала, покрывающего сверхтолстые катоды в батареях высокой плотности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.