Как проверить плотность электролита: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Как ПРОВЕРИТЬ ПЛОТНОСТЬ аккумулятора ? и уровень электролита в домашних условиях

Проверить плотность аккумулятора можно с помощью ареометра или мультиметра, проанализировав рабочее значение напряжения. Перед диагностикой пользователь должен удостовериться в отсутствии дефектов корпуса батареи, которые могли бы привести к утечке жидкости.

Подготовительные работы перед проверкой уровня и плотности

Перед тем как в домашних условиях определять плотность с помощью специального прибора, нужно иметь в виду, что:

1. Аккумулятор (АКБ) авто проверяется с использованием очков для защиты глаз и резиновых перчаток. Раствор электролита — агрессивная кислота, которая вызывает ожоги при попадании на тело.
2. Уровень плотности аккумуляторной батареи машины должен измеряться после визуальной проверки устройства.
3. Производится очистка клемм аккумулятора от окислений и загрязнений. Необходимо воспользоваться специальной железной щеткой или мелкозернистой наждачной бумагой.
4. Прежде чем померить значение плотности жидкости в автомобильной батарее, надо убедиться в наличии электролита в банках. Если объем вещества снижен, потребуется добавить в устройство дистиллированную воду.
5. При необходимости осуществляется демонтаж аккумулятора. От устройства отключаются клеммы и производится демонтаж фиксирующей пластины.
6. Перед отключением аккумулятора в автомобиле деактивируется система зажигания, предварительно отключается работа электрооборудования и приборов.
7. Батарею протирают влажной и чистой тряпкой, чтобы не допустить попадания пыли в банки с электролитом.

Видео: как снять аккумулятор с автомобиля

Канал «Аккумуляторщик» в своем видеоролике подробно рассказал о нюансах демонтажа аккумуляторной батареи с автомобиля и отключения этого устройства.

Чем и как проверяют плотность электролита в аккумуляторе

Проверять уровень электролита в рабочем растворе, помимо ареометра и мультиметра, можно и самодельным прибором.

Специальное устройство для измерения плотности (ареометр) представляет собой обычную стеклянную трубку, верхняя часть которой заужена и имеет шкалу с делениями. Нижняя часть трубки широкая в ней находится дробь или ртуть, которую засыпают строго определенное количество во время калибровки ареометра. В автомагазинах такой прибор продается в наборе с резиновой «грушей» для забора электролита и мерной колбой, в которой размещен сам ареометр.

Важно знать

Принцип действия прибора основан на законе Архимеда, а плотность электролита определяют по глубине погружения ареометра (объему жидкости, вытесненной им), и весу устройства.

Ареометр для измерения электролита

Прежде чем проверять уровень электролита в автомобильном аккумуляторе, надо учитывать следующие правила:

• батарея должна быть выставлена на ровной поверхности;
• температура аккумулятора должна составить около 20-25 градусов тепла;
• замер уровня плотности производится не в одной, а во всех банках;
• проверка рабочей величины осуществляется не раньше, чем через десять часов с последней поездки либо через три часа после подзарядки;
• аккумуляторную батарею необходимо предварительно зарядить.

Измерение ареометром

Подробнее о том, как для измерения уровня плотности пользоваться ареометром:

1. На отключенном аккумуляторе откручиваются все банки.
2. В одну из банок концом вставляется ареометр, на другом его конце располагается груша, с ее помощью делается забор жидкости. Её в устройстве должно быть столько, чтобы его поплавок свободно болтался в емкости.
3. Производится определение уровня плотности в соответствии с показаниями на шкале тестера. Полученные параметры записываются.
4. Диагностика параметра плотности повторяется для каждой банки. Все полученные параметры сопоставляются с нормированными значениями, указанными в таблице.

Важно знать

Плотность аккумулятора рекомендуется проверять не реже, чем каждые 15-20 тысяч километров пробега.

Фотогалерея: диагностика уровня и плотности электролита в банках

Забор жидкости из банок в ареометр

Проверка уровня и плотности вещества

Таблица: поправка к показаниям ареометра

Температура рабочей жидкости при измерении ее плотности, ºС	Поправка к показаниям, полученным в ходе тестирования ареометром, г/см3
От -55 до -41	-0,05
От -40 до -26	-0,04
От -25 до -11	-0,03
От -10 до +4	-0,02
От +5 до +19	-0,01
От +20 до +30	0,00
От +31 до +45	+0,01
От +46 до +60	+0,02

Как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром

Пошаговая инструкция, которая позволит правильно замерить и узнать плотность батареи, выглядит так:

1. Производится сборка измерителя. Для этого к корпусу мультиметра подключаются провода с крокодилами. Сам тестер перед замером переводится в режим «вольтметра».
2. Поворотный переключатель на устройстве переводится в положение 20 В. В результате тестер будет показывать любые параметры ниже этого порога.
3. Затем кабеля соединяются с клеммными выходами аккумулятора — черный контакт идет на отрицательную клемму, красная — на положительную. Если цвет проводов одинаковый, то следует проверить маркировку непосредственно на корпусе мультиметра. На контактах, где кабеля выходят из тестера, должны быть знаки «-» и «+».
4. Производится мониторинг параметра напряжения и полученные данные сравниваются с нормированными. Если батарея заряжена полностью, то рабочий параметр составит 12,7 вольт, соответственно, зарядка устройства не потребуется. В случае, если полученный параметр составил в диапазоне от 12,1 до 12,4 В, то устройство разряжено наполовину, значит, его плотность не соответствует норме. В остальных случаях требуется детальная диагностика аккумулятора и его подзарядка или замена.

Таблица: плотность электролита при проверке мультиметром

Процент заряженности	Плотность электролита, г/см3	Напряжение аккумулятора, В
100%	1,28	12,7
80%	1,245	12,5
60%	1,21	12,3
40%	1,175	12,1
20%	1,14	11,9
0%	1,10	11,7

Измерение плотности электролита самодельным прибором

Принцип замера зимой или летом с помощью самодельного прибора аналогичный, и такой тестер можно соорудить самостоятельно с учетом следующих нюансов:

1. Основным элементом ареометра является поплавок, с помощью которого производится замер.
2. В качестве резервуара можно использовать стеклянную пробирку или другую похожую емкость.
3. В пробирку насыпается пшено или другое сыпучее вещество, также можно использовать кусок свинца или другой грузик.
4. Затем емкость опускается в воду. В месте, где вода будет по уровень, нужно отметить цифру 1, это связано с тем, что данная жидкость имеет плотность 1 г/см3. Затем производится градуировка величин для других растворов с более высокой плотностью.

Как измерить уровень электролита в аккумуляторе

Замер уровня рабочей жидкости осуществляется так:

1. Первый способ — по максимальной и минимальной отметке — уровень электролита должен быть между ними.
2. Для второго варианта проверки пользователю необходимо открыть отверстия, в которых установлены банки и осмотреть все по отдельности. При этом следует учитывать, что объем электролита одинаковый в каждом отверстии (10-15 мм над пластинами).
3. Чтобы замерить этим способом нужно подготовить стеклянную трубочку, внутренний диаметр которой не превышает 5 мм. Затем открутить крышку на аккумуляторе и опустить трубку внутрь, пока она не упрется в предохранительный щиток. После этого закрыть наружное отверстие пальцем и достать трубочку. Уровень электролита в ней и является замеряемым параметром.

Можно ли проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе

Проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе — по специальным индикаторам, которыми оснащены батареи. Такие метки изменяют свой цвет в зависимости от плотности и степени заряда электролита. Чтобы осуществить такую проверку, необходимо найти на корпусе индикатор, очистить от пыли и грязи и оценить его цвет.

Затем следует сравнить показания индикатора со шкалой соответствия, при этом, как правило:

• зеленый цвет указывает на то, что с аккумулятором все в порядке, уровень электролита и заряд в норме;
• белый — сообщает о слабом заряде и необходимости подключить зарядное устройство;
• если же индикатор красного цвета, то это значит, что кислотность электролита повысилась, а уровень воды понизился.

Шкала индикаторов на аккумуляторе

Проверить уровень и плотности рабочего раствора на аккумуляторах без индикатора можно, следуя такому алгоритму:

1. С краю, на крышке с помощью дрели и отверстия небольшого диаметра просверливается шесть небольших отверстий. Через них пользователь сможет получить доступ к каждой банке, поэтому расстояние между ними должно быть соответствующее. Перед сверлением автовладелец должен протереть аккумулятор.
2. Визуально производится проверка уровня жидкости и ее добавление при необходимости. Для восполнения объема применяется дистиллированная вода. Используя ареометр, выполняется диагностика плотности рабочего раствора.
3. После проведения проверок пользователю потребуется восстановить герметичность. Для этого можно использовать силиконовый герметик или холодную сварку. Для того, чтобы при выполнении задачи материал не попал внутрь батареи, следует выпрямить часть пластика, продавленного при изготовлении отверстия. Это можно сделать с помощью самодельного металлического крюка.

Важно знать

Если корпус аккумуляторной батареи поврежден, на устройство больше не будет распространяться гарантия. Если в ходе выполнения пользователь допустит ошибку, то ресурс эксплуатации будет снижен. К примеру, грязь, попавшая в банки, снизит срок службы и разрушит пластины, установленные внутри.

Видео: как поднять плотность электролита в банках АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видеоролике подробно рассказал о том, как проверить и увеличить плотность электролита в аккумуляторе.

Как проверить плотность аккумулятора в Перми — Статьи

Каждая АКБ является накопителем электрической энергии. Принимая во внимание тот факт, что без батареи ни один автомобиль работать не сможет, крайне важно тщательно следить за ее состоянием. Одним из самых значимых моментов в подобном анализе является вопрос о том, как проверить плотность аккумулятора.

Технические нормативы

Электролит – это раствор серной кислоты, взаимодействующий со свинцом. Сочетание данных элементов дает напряжение, составляющее приблизительно 12 вольт.

Уровень плотности электролита при эксплуатации транспортного средства постоянно колеблется. Какая плотность АКБ является оптимальной? Значения 1.25-1.29 г/см3 принято считать идеальными.

Если отказаться от поддержания необходимого уровня плотности, батарея будет быстро разряжаться. Более того, резко снизится срок ее эксплуатации. В большинстве случаев плотность «проседает» при перезарядках, когда температура становится слишком высокой (электролит и вода испаряются).

Важная информация

Перед тем, как проверить плотность АКБ, изучите следующие данные:

• Слишком высокий уровень плотности электролита – это не преимущество, а недостаток. Если вы зафиксировали завышенные значения, смело разбавляйте серную кислоту дистиллятом. А все потому, что чрезмерное содержание серной кислоты оказывает негативное влияние на состояние пластин. Практика знает случаи, когда такие компоненты просто-напросто разъедались;
• Если вы зафиксировали значение, которое ниже нормальной плотности АКБ, приступайте к зарядке батареи. Данный процесс должен длиться, как минимум, 10 часов.

Проверка

Как проверить плотность аккумулятора? Для этой цели вам понадобится прибор под названием ареометр. От вас потребуется выполнить следующие шаги:

• Убедитесь в том, что температура в помещении составляет 20-25°С;
• Тщательно очистите корпус устройства от грязи и пыли. Крайне важно, чтобы в мерном образце не было посторонних частиц;
• Опустите измерительный прибор в отверстие и захватите некоторый объем электролита;
• Проанализируйте показания;
• Слейте электролит обратно.

Помните о том, что такую процедуру следует провести для каждой банки. Чтобы получить максимально точные результаты, зарядите батарею. До проведения измерения она должна выстоять 3 часа при комнатной температуре. Описываемую операцию необходимо выполнять в защитных перчатках.

Наши услуги

Если вы хотите купить легковой аккумулятор, свяжитесь с нами по номеру +7 (343) 312-81-50. мы работаем как с юридическими лицами, так и частными автовладельцами. Мы гарантируем высокое качество поставляемой продукции. В наличии имеются все необходимые сертификаты и лицензии.

Как правильно повысить плотность электролита в аккумуляторе

Пониженная или повышенная плотность электролита в аккумуляторе уменьшает эффективность работы батареи и ускоряет ее износ. Поэтому периодически необходимо измерять данный показатель и в случае отклонений от нормы проводить корректировку. Разберем детально, как это правильно сделать.

Содержание

1. Чем и как проверять плотность электролита для аккумуляторов
2. Как повысить плотность электролита в автомобильном аккумуляторе
3. Резюме

Чем и как проверять плотность электролита для аккумуляторов

Нормой считается показатель в 1,27 грамма на кубический сантиметр. Измерения проводятся специальным диагностическим инструментом — ареометром. Важно, чтобы он был качественно изготовлен и показывал точные результаты. Хорошим и недорогим прибором является ареометр RedMark в тубе. Его можно использовать для проверки электролита и тосола.

Вот несколько правил, которые следует соблюдать:

• Измерения нужно проводить при полностью заряженной батарее.
• Проверять необходимо каждую банку.
• Температура воздуха должна быть 20–25 градусов тепла.

С учетом последнего пункта может возникнуть вопрос о том, как повысить плотность электролита в аккумуляторе зимой. Если автомобиль стоит не в теплом гараже, придется снять батарею и занести ее домой. Полностью зарядить и только потом проверить каждую банку.

Как повысить плотность электролита в автомобильном аккумуляторе

Прежде чем приступить к работе, подготавливаем все необходимое. Важно помнить, что данная жидкость представляет собой соединение, опасное для человека. Его попадание на открытые участки кожи может вызвать сильные химические ожоги. Поэтому работать необходимо в защитных резиновых перчатках. Кроме того, потребуются:

• ареометр;
• стеклянная емкость;
• корректирующий электролит;
• дистиллированная вода.

Суть работы заключается в том, чтобы откачать часть жидкости из аккумуляторной батареи и заместить ее корректирующим электролитом. Для откачки можно использовать ареометр. Набираем в него жидкость из батарейных банок и сливаем ее в заранее подготовленную емкость.

При откачивании важно помнить о том, что нельзя оголять аккумуляторные пластины. Необходимо, чтобы они все время были покрыты жидкостью.

Многие автовладельцы задаются вопросом, какой корректирующий электролит для аккумуляторов купить? Хорошим вариантом является «ДРЕКО», имеющий плотность 1,3 г/см3. С его помощью приводим показатели каждой банки в норму.

Вы спросите, а что будет, если переборщить? Параметры 1,28–1,29 г/см3 — это уже повышенная плотность электролита, которую в новом аккумуляторе нужно обязательно снизить. Просто добавляем дистиллированную воду. Использовать обычную, из-под крана, нельзя.

Резюме

Быстрый разряд и слабый пусковой ток далеко не всегда говорят о том, что батарею пора менять. Возможно, что причина неэффективной работы кроется именно в понизившейся плотности. Чтобы решить проблему, достаточно купить электролит для аккумуляторов, имеющий повышенную концентрацию, и с его помощью довести показатели до нормы.

Все способы как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Автор Акум Эксперт На чтение 7 мин. Просмотров 4.3k. Опубликовано 17.06.2020

Аккумуляторная батарея постоянно работает в режиме разряда-заряда. Чтобы продлить время её эксплуатации, следует поддерживать её заряд на максимальном уровне. А для этого время от времени необходимо проверять уровень заряда АКБ. Сделать это можно разными способами, но самый надёжный — измерить плотность электролита. Поэтому многие водители задаются вопросом, как проверить плотность аккумулятора.

Ареометр в работе

Что такое плотность и на что она влияет

Обязательным элементом свинцово-кислотной батареи является электролит. Это серная кислота, разбавленная дистиллированной водой. Плотность воды составляет 1 грамм на миллилитр (г/мл). У серной кислоты она выше, чем у воды, и составляет 1,84 г/мл. Концентрированная кислота способна растворить многие металлы, в том числе и свинец, поэтому её следует разбавлять водой. Разбавленная водой кислота называется электролитом. Разбавляют её до пропорции, при которой она неспособна растворить свинец, но позволяет протекать химическому процессу, называемому электролитической диссоциацией (разновидность электролиза).

Чем выше плотность, тем сильнее электролиз, но тем быстрее идёт разрушение свинца. Наиболее оптимальная плотность для аккумуляторов 1,27 г/мл для районов умеренного климата со средней температурой от -20 до +30°С.  Такую плотность имеет полностью (100 %) заряженный новый аккумулятор. Для северных регионов это значение составляет 1,29 г/мл, для южного жаркого климата — 1,25 г/мл.

Таблица с рекомендуемыми значениями плотности электролита для полностью заряженной батареи

В продажу поступает серная кислота уже в виде электролита плотностью 1,3 г/мл. С учётом условий эксплуатации аккумулятора её доводят до нужных параметров.

Как уже отмечалось выше, чем больше плотность электролита, тем сильнее электролиз и тем выше потенциал на выводах батареи. Новая АКБ имеет плотность 1,27 г/мл и напряжение на клеммах 12,8 В. За время эксплуатации батареи при регулярном недозаряде на её свинцовых пластинах образуется нерастворимый сульфат свинца, соединение серной кислоты со свинцом. Называется это сульфатацией пластин. При заряде батареи уже не вся кислота высвобождается, и плотность электролита снижается. А следовательно, снижается и интенсивность электролиза. Напряжение на клеммах будет уже меньше 12,8 В. А попытка зарядить батарею до начального значения напряжения лишь приводит к кипению электролита — активному выделению пузырьков водорода и кислорода. Это процесс разложения воды. Потеря воды приводит к повышению плотности.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Слишком высокая или низкая плотность одинаково недопустимы и значительно снижают срок эксплуатации АКБ.

В условиях эксплуатации автомобиля с частыми пусками двигателя и коротким пробегом происходит ускоренная сульфатация пластин и снижение плотности электролита. При эксплуатации машин в дальних рейсах с длительной работой двигателя происходит перезаряд батареи и разложение воды на газы, а плотность электролита повышается. Напряжение на клеммах уже не отражает степень заряженности батареи. И чтобы точно узнать состояние аккумулятора, нужно произвести измерение плотности электролита. Для этого используют ареометр.

Наиболее популярный тип ареометра

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на Законе Архимеда.

Как пользоваться ареометром — подробная инструкция

Ареометр представляет собой стеклянную колбу (пипетку) с помещённым внутрь измерительным грузом-поплавком (ареометром), на котором нанесены деления с указанием величин от 1,1 в верхней точке поплавка до 1,3 и даже 1,32 г/мл внизу шкалы. Нижняя часть колбы имеет тонкую трубку, которую легко можно опустить через отверстие аккумулятора в его банку для забора электролита. На верхнюю часть колбы надевается резиновая груша, которая применяется для всасывания раствора в колбу.

Устройство ареометра

У некоторых ареометров несколько поплавков разного веса, которые всплывают при заполнении колбы. Плотность будет соответствовать поплавку, всплывшему частично или не всплывшему первому после всплывших. Встречаются дешёвые пластиковые изделия иной формы, но принцип их действия такой же.

Другие разновидности ареометра

Измерение ареометром производят при температуре электролита +20 … +30°C. Если температура иная, то необходимо применять корректировочные поправки к показанию ареометра.

Поправки к показаниям ареометра при измерении электролита разной температуры

Пользование ареометром настолько простое, что даже можно проверить плотность электролита в домашних условиях. Чтобы проверить плотность аккумулятора, необходимо выполнить следующие действия:

1. Подготовить ареометр, собрать прибор, если он находится в разобранном виде в футляре.
2. Подготовить аккумулятор, выкрутить пробки из отверстий в крышках банок, либо снять общую планку с пробками на ней.
3. Подготовить стеклянную банку или пластиковый сосуд с дистиллированной водой для промывки и продувки ареометра между замерами.
4. Опустить носик прибора в банку аккумулятора до касания с пластинами сепаратора.
5. Сжать грушу для выдавливания воздуха из колбы.
6. Освободить грушу для принятия начальной формы и забора электролита из банки батареи в колбу.
7. Наполнить колбу жидкостью так, чтобы поплавок всплыл.
8. Отметить визуально уровень шкалы поплавка на границе поверхности электролита в колбе. Указанное на шкале значение соответствует плотности электролита.
9. Выдавить жидкость обратно в банку батареи.
10. Ареометр опустить в сосуд с дистиллированной водой и пару раз промыть остатки электролита в колбе путём нажатия и отпускания груши.

Визуальная фиксация отметки на шкале ареометра

Следует добавить, что при помощи ареометра можно корректировать плотность электролита, добавляя дистиллированную воду или электролит плотностью 1,3 г/мл. по необходимости в банки и произведя измерения. Только для выравнивания плотности в банке требуется время после каждой добавки, а такую корректировку проводят на полностью заряженном аккумуляторе с температурой электролита около +25 °C.

Можно ли измерить без ареометра

Измерить плотность без ареометра не получится. Но можно изготовить ареометр самому, самым важным элементом которого является измерительный поплавок-грузик. Изготовить можно из полой пластиковой трубки, например соломинки для напитков, в которую помещается груз. Точность измерения будет зависеть от точности нанесения шкалы на грузик и известной плотности измеряемых эталонов жидкости. Сначала поплавок помещается в дистиллированную воду и отмечается линия окружности поверхности воды на поплавке. Эта линия соответствует 1,0 г/мл. Затем поплавок помещается в электролит, купленный в магазине с удельным весом, например, 1,3 г/мл. Линия поверхности электролита на поплавке будет соответствовать плотности 1,3 г/мл. Расстояние между двумя полученными значениями измеряется в мм и делится на разницу значений — 30. Теперь на поплавок можно нанести шкалу с любым шагом, но лучше для значений 1,27; 1,25; 1,23; 1,2; 1,15; 1,1.

Отбор электролита можно произвести обычной резиновой грушей в стеклянный стакан, куда помещается изготовленный поплавок-грузик.

Самодельный ареометр из пластиковой трубки для соков

Можно ли проверить плотность в необслуживаемом аккумуляторе

У необслуживаемых аккумуляторов нет откручиваемых пробок на банках. Однако при изготовлении батареи отверстия присутствуют. После заполнения электролитом эти отверстия закрываются одноразовыми пробками, иногда расположенными на общей планке, и запаиваются или заклеиваются. При необходимости можно аккуратно эти пробки снять, и аккумулятор превратится в обслуживаемую батарею. В некоторых случаях отверстия в месте расположения пробок выполняют при помощи сверла, что также позволяет произвести забор электролита и его корректировку.

Сверлятся отверстия 12 мм под резиновые пробки для аптечных пузырьков

Важно в ходе таких действий заранее понимать, как после окончания обслуживания эти отверстия вновь надёжно закрыть. Это можно сделать с применением того же пластика, из которого изготовлен корпус батареи, или подобного. Пластик легко клеится, плавится и спаивается.

Если вскрыть необслуживаемую батарею удалось, то проверить плотность электролита в аккумуляторе можно так же, как описывалось выше.

Аккумулятор превратился в обслуживаемый

Как часто нужно проверять уровень электролита в аккумуляторе?

Аккумулятор в системе автомобиля выполняет примерно ту же функцию, что и сердце. Именно он запускает мотор, а за ним – генератор, без которых невозможно никакое движение в принципе. Поэтому аккумулятор должен быть всегда исправен и заряжен, за этим следует следить. Одним из самых важных факторов правильной работы аккумулятора является уровень электролита. Во время работы аккумулятора, когда он отдаёт накопленный заряд, электролит теряет густоту, а часть его содержимого испаряется, что особенно заметно в тёплый сезон. Постепенно он может полностью выкипеть, что приведёт к полной деструкции всей аккумуляторной системы. Допускать этого нельзя, поэтому уровень электролита нужно проверять регулярно.

Характерным признаком отсутствия должного уровня является ситуация, когда машина не заводится. Причиной может быть разрядка аккумулятора, и проверить это можно по двум критериям – померить выходное напряжение и проверить плотность электролита. Чем меньше плотность – тем меньше заряд, и его, в конце концов может стать недостаточно для запуска двигателя.

Простейшая форма проверки – ареометром. Это прибор, который и предназначен для определения плотности электролита. Он похож на пипетку со специальным наконечником и специфическим поплавком внутри. Проводить проверку с помощью ареометра имеет смысл исключительно, если аккумулятор последний раз заряжался не ранее, чем шесть часов назад. Наиболее точные измерения получаются, когда температура воздуха вовне машины достигает +20 градусов Цельсия. Если условия отличаются, проводить промер нужно в доме или в гараже, где они ближе к этой отметке. Это и делает данную проверку неудобной при поездках. Проводить такую проверку необходимо по крайней мере раз в месяц, если автомобиль работает нормально и эксплуатируется не ежедневно. При ежедневной эксплуатации необходимо проверять уровень хотя бы раз в неделю, а в зимнее время – лучше 2–3 раза в неделю.

Когда проверку нужно проводить чаще, её делают мультиметром или тестером – после того, как автомобиль уже несколько часов не двигался. Поэтому самые достоверные показания будут после ночи. Показатели напряжённости аккумулятора с полным зарядом равны 12.66 В. 11.8 В – это состояние полной разрядки. Если напряжение падает меньше 11 В, необходимо менять аккумулятор, а старый утилизировать как непригодный.

Тщательное соблюдение режима проверки позволяет вовремя заряжать батарею зарядным устройством до полного заряда, а значит, значительно повышать ресурс её эксплуатации.

 

Как определить, что аккумулятор пора менять

У каждой аккумуляторной батареи есть свой конструктивный ресурс. Его использование индивидуально для каждого автомобиля. Безотказность работы батареи зависит от технических показателей электрооборудования, режима и условий эксплуатации машины. Отказ аккумулятора в работе может наступить по причине низкой заряженности, при которой ее работоспособность недостаточна для пуска двигателя. Необходимо отметить, что именно в этом режиме работы большинство водителей оценивают ее пригодность. Но при наступлении отказа приговаривать батарею к замене следует только после тщательной проверки ее показателей -замера плотности электролита, наличия его над пластинами, замера напряжения на полюсных выводах аккумулятора без нагрузки и с нагрузкой (на нагрузочную вилку-пробник, либо на стенде). Если плотность электролита во всех ячейках аккумулятора нормальная или близка к норме (1,25-1,28 г/см3), а НРЦ не ниже 12,5 В, то необходимо проверить на обрыв цепи внутри аккумулятора. Если обрыва нет, значит отказ в пуске двигателя произошел по другим причинам (например, из-за стартера или проводки). При низкой плотности электролита во всех ячейках батарею следует зарядить до стабилизации плотности. Время заряда будет зависеть от величины тока, а значение плотности электролита у заряженной батареи при нормальном уровне электролита должно быть 1,27±0,01 г/см3, а НРЦ не менее 12,7 В.

Проверку заряженной аккумуляторной батареи можно осуществить в режиме пуска двигателя (в сервисных центрах «ВК» проверка проводится специализированным оборудованием). Если аккумуляторная батарея работоспособна (уверенно крутит стартер), менять ее рано. Когда измерение плотности электролита показало, что в одной из ячеек она очень низкая, а при подзаряде в этой ячейке нет «кипения» электролита, и его плотность не повышается, аккумулятор следует менять. При малом сроке эксплуатации такое возможно из-за заводского дефекта, а по истечении более 2-3 лет работы — вследствие естественного износа. Одновременно все шесть аккумуляторов в АКБ достигают состояния низкой работоспособности (кроме глубокого разряда) при длительной работе в режиме избыточного заряда (перезаряда). Это происходит при нарушении работы регулятора напряжения, а также при высокой интенсивности использования автомобиля (режим «такси»). В этом состоянии изношенные электроды обладают повышенным сопротивлением в режиме пуска (при наличии нормальной плотности электролита), напряжение аккумулятора резко снижается за одну-две попытки пуска двигателя, после чего наступает отказ. Электролит в ячейках аккумулятора приобретает темный (иногда красноватый) цвет, связанный с разрушением активного вещества пластин. Такую аккумуляторную батарею необходимо менять. Сложнее проводить диагностику батарей, не имеющих пробок заливных горловин. При отказе измерение напряжения на полюсных выводах аккумулятор (НРЦ) не дает ответа о причинах его снижения: глубокий разряд или дефект.

Поэтому аккумуляторную батарею надо сначала зарядить. Если заряд возможен в режиме инструкции по эксплуатации, а напряжение в конце заряда достигло величины 16,0 В, аккумулятор проверяют на автомобиле в режиме пуска двигателя. Возможна также проверка специализированным оборудованием в сервисном центре «ВК» (например, ВАТ 110 фирмы Bosch). По результатам испытания принимают решение о пригодности аккумуляторной батареи для ее дальнейшего использования.

Появление льда в ячейках аккумулятора

У свинцовых аккумуляторов два жестко фиксированных состояния: разряженное и заряженное. При переходе от одного состояния в другое, показатели напряжения и плотности электролита линейно изменяются в определенных пределах (Рис.1). Напряжение на полюсных выводах аккумулятора (НРЦ) в заряженном состоянии составляет 12,7-12,9 В, а в разряженном — 12 В и ниже. При неисправностях электрооборудования автомобиля несанкционированный разряд может приводить к тому, что напряжение на полюсных выводах может оказаться ниже 6 В.

При разряде активных материалов с участием серной кислоты на электродах образуется сульфат свинца, концентрация электролита уменьшается, вследствие чего происходит снижение его плотности. Чем глубже происходит разряд аккумулятора, тем ниже плотность электролита. В электроды конструктивно заложено такое количество активного материала, которое необходимо для обеспечения заданных электрических характеристик аккумулятора. Соответственно, в объеме электролита содержится количество серной кислоты, необходимое для полного использования в реакции активного вещества пластин.

Так что в конце полного разряда аккумулятора серной кислоты в электролите очень мало. В конце глубокого разряда плотность электролита достигает значения близкого к плотности воды. Известно, что электролит плотностью 1,28 г/см3 замерзает при температуре -65°С, плотностью 1,20 г/см3 — при -25°С, а плотностью 1,10 г/см3 — при -5°С (рис. 1).

Изготовители аккумуляторов считают недопустимым использовать в зимнее время аккумулятор с заряженностью ниже 75% (плотность электролита 1,24 г/см3, НРЦ — 12,6 В). Это продиктовано необходимостью поддержания работоспособности аккумулятора, исключения возможности появления льда внутри нее, уменьшения вредного влияния глубокого разряда при зимней эксплуатации на ресурс аккумулятора, связанного с разрушением активной массы пластин. Получается, что если произошло замерзание аккумулятора (лед во всех ячейках), значит она разрядилась в процессе работы ниже допустимого значения (нет контроля плотности электролита, неисправно электрооборудование, снизилась мощность генератора — причин много). Бывают случаи, когда замерзает только одна ячейка из шести. Это возможно, когда у аккумулятора дефект (короткое замыкание) в одной ячейке, из-за которого в ней снижается плотность электролита и он застывает при низкой температуре окружающего воздуха. При этом в других ячейках аккумулятора электролит может не застыть, так как его плотность осталась нормальной. Этот случай образования льда вызван производственным дефектом и относится к гарантийным случаям, а не к режиму эксплуатации.

Такую аккумуляторную батарею не следует эксплуатировать — она подлежит вскрытию для установления дефекта и замене. Зимой доливать дистиллированную воду в аккумуляторе для восстановления уровня электролита над блоками пластин следует только перед выездом автомобиля, либо при стационарном подзаряде аккумулятора. Это исключает возможность образования льда в ячейках аккумулятора вследствие замерзания долитой воды до того, как она успеет перемешаться с холодным электролитом.

О причинах взрыва аккумулятора

У свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, применяемых на автомобильной и тракторной технике различных типов, есть одна малоизвестная неприятная особенность, которую обязательно необходимо учитывать при эксплуатации. Дело в том, что в процессе заряда на его заключительной стадии, в батарее начинается электролитическое разложение воды, содержащейся в электролите. При этом выделяются газы: водород и кислород. Часть выделяемого кислорода окисляет решетку положительных пластин, что приводит к ускорению ее коррозии. Водород и большая часть выделившегося кислорода выходят из электролита на поверхность, создавая видимость его кипения, и скапливаются под крышками в каждой ячейке аккумуляторной батареи. Если отверстия в пробках не забиты грязью и нет других препятствий, через них эта смесь газов выходит наружу и легко рассеивается в окружающую среду. Соотношение кислорода и водорода таково, что представляет собой смесь, которая при наличии искры или открытого пламени горит во взрывном режиме. Сила взрыва и его последствия целиком зависят от количества (объема) газа, скопившегося к этому моменту. Например, при повышенном значении зарядного напряжения от генератора (нарушена работа регулятора напряжения) увеличивается интенсивность образования газа внутри аккумуляторной батареи и, следовательно, его выделение. При низком уровне электролита (нет регулярных доливок) увеличивается газовый объем под крышками ячеек аккумулятора.

Скоплению газа около аккумуляторной батареи может способствовать утепление, применяемое некоторыми водителями, забывающими при этом о необходимости свободного удаления газовой смеси.

В таком состоянии (режиме работы) появление искры от неисправной электропроводки либо открытого огня (сигареты) опасно для аккумуляторной батареи — происходит взрыв и ее разрушение. Детали аккумулятора при разрушении могут причинить повреждения окружающим предметам и людям. Возникновение искры возможно также от проводов в местах их соединения с полюсными выводами аккумуляторной батареи. Если длительное время полюсные выводы аккумулятора и внутренняя поверхность наконечников не очищались от окислов, нарушается нормальный электрический контакт, возможно образование искр.

Образование искры возможно также между деталями внутри аккумулятора, когда уровень электролита ниже верхних кромок пластин.

Таким образом, нарушение техники безопасности и режима обслуживания аккумулятора, длительная эксплуатация батареи на автомобилях с отклонениями технических показателей у изделий электрооборудования, служат причинами скопления выделяющегося «гремучего» газа и провоцируют возникновение взрыва, приводящего к разрушению корпуса свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. Такой взрыв может причинить вред человеку.

как проверить и повысить плотность электролита

Плотность электролита в аккумуляторе является важнейшим параметром для кислотных АКБ. От плотности электролита напрямую зависит срок службы и общая работоспособность батареи, емкость аккумулятора, способность накапливать и удерживать с заряд, а также работать под нагрузкой.

При этом в процессе эксплуатации  плотность в аккумуляторе может меняться, что указывает на необходимость проверки. Далее мы рассмотрим, какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе, как проверить плотность аккумулятора, а также как повысить плотность в аккумуляторе при такой необходимости в рамках обслуживания АКБ.

Содержание статьи

Какая плотность должна быть в аккумуляторе автомобиля

Итак, прежде чем рассматривать, какая должна быть плотность электролита и как правильно поднять плотность аккумулятора, важно понимать, что под самой такой плотностью следует понимать удельный вес кислоты в растворе, который залит в банки АКБ. 

Прежде всего, проверка плотности является важным этапом в рамках обслуживания АКБ. Так вот, в свинцовых батареях плотность измеряется в граммах на см3. Показатель плотности пропорционален концентрации раствора, а также зависит от температуры. Чем сильнее нагрет раствор, тем меньшей будет плотность.

При этом плотность электролита указывает на то, в каком состоянии находится АКБ. Как правило, если аккумулятор теряет способность держать заряд, необходимо проверять уровень и состояние электролита в банках. Такая проверка осуществляется ареометром, при этом температура должна быть около 25 градусов Цельсия. Если температура другая, необходимо внести отдельные поправки (можно использовать таблицу).

Идем далее. В процессе эксплуатации АКБ важно, чтобы показатель плотности электролита соответствовали норме, причем с учетом климатических условий.  Это значит, что плотность электролита зимой и летом отличается. Если климат умеренный (нет большой жары и холода), плотность электролита должна быть 1.25-1.27 г/см3. Если в регионе морозы больше -30, тогда значение повышают на 0,01 г/см3 больше, если же стоит сильная жара выше +30, тогда показатель уменьшают на 0,01 г/см3.

Если же морозы сильные (температура опускается до -50 °С), чтобы электролит в АКБ не замерз, в таком случае нужно повышать плотность электролита в аккумуляторе зимой до 1.29 г/см3.

Для наглядности, таблица плотности электролита в аккумуляторе позволяет понять, какой должна быть плотность аккумулятора зимой или летом, в условиях сильной жары или холода, в умеренном климате и т.д. При этом важно учитывать, что чем меньшей будет плотность, тем большим оказывается общий срок службы аккумулятора автомобиля. Это значит, что без необходимости повышать плотность не рекомендуется.

Еще нужно учитывать, что АКБ, установленная на машину, заряжена не на 100%, а на 85-90% от номинальной ёмкости. Это значит, что плотность электролита при замерах зачастую оказывается ниже по сравнению с полностью заряженной АКБ. По указанным выше причинам нужно выбрать значение, которое немного выше (на 0.01), чем приведено в таблице плотности. Такой подход  будет означать, что аккумулятор не замерзнет зимой.

Однако если речь идет о лете, слишком высокая плотность может привести к закипанию электролита в АКБ. Важно соблюдать баланс, так как повышение плотности сокращает срок службы батареи, тогда как понижение приводит к снижению напряжения, аккумулятор хуже крутит стартер, быстрее разряжается и т.д.

Еще добавим, что если зимой температура не падает ниже -30 и летом не повышается выше + 30, тогда изменять стандартное значение плотности аккумулятора не следует. Главное, следить, чтобы это значение постоянно сохранялось.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Итак, номинальная плотность электролита в аккумуляторе зимой составляет 1,27. Если температуры ниже -35, тогда плотность повышается до 1.28 г/см3. При этом дальнейшее увеличение плотности  также не рекомендуется.

Если же плотность снижена, например, до 1.09, тогда электролит замерзнет уже при -7 градусах по Цельсию. Однако, если зимой обнаружено, что плотность понизилась, вместо того, чтобы сразу ее поднимать, нужно сначала хорошо зарядить АКБ от зарядного устройства.

На деле, зимой часто во время коротких поездок аккумулятор не успевает зарядиться, плохо накапливает заряд и т.д. В результате снижается заряд АКБ, а также падает и плотность. При этом плотность  путем доливки кислоты изменять самостоятельно не рекомендуется.

Допускается изменение разве что путем использования дистиллированной воды для коррекции уровня (норма 1.5 см над пластинами в АКБ легковых авто или 3 см. в грузовых авто). При этом если АКБ новая или полностью работоспособная, изменение плотности электролита при  полном разряде и полном заряде должно быть на отметке 0.15-0.16 г/см3.

Еще важно учесть, что нельзя использовать разряженный аккумулятор при минусовой температуре, так как электролит замерзает и разрушаются свинцовые пластины.  На практике, если аккумулятор разряжен на половину зимой и больше чем на четверть летом, АКБ нужно подзарядить.

Что касается плотности аккумулятора летом, обычно банки пересыхают и плотность повышается. С учетом того, высокая плотность плохо влияет на пластины, лучше держать показатель на 0.02 г/см3 ниже оптимального значения в регионах с жарким климатом.

На деле, летом вода из банок АКБ активно испаряется, так как наружная температура воздуха и нагрев под капотом (где зачастую и стоит батарея) также приводят к сильному повышению температуры аккумулятора. В результате аккумулятор «кипит».

При этом понижение плотности не сказывается на качестве отдачи тока при нагреве АКБ. Например, даже при 1,22 г/см3 батарея будет хорошо крутить стартер. Получается, если на улице жарко, уровень электролита понижается и повышается плотность. В свою очередь, высокая плотность «убивает» батарею.

Чтобы этого не произошло, нужно проверять уровень электролита и доливать воду в аккумулятор, понижая плотность и поддерживая нужный уровень раствора в банках, чтобы предотвратить перезаряд и осыпание пластин. При этом следует помнить, что постоянные доливки воды в аккумулятор приводят к тому, что плотность падает.  При низкой плотности дальше пользоваться батареей нельзя, так как требуется повысить плотность электролита в аккумуляторе.

Как проверить плотность в аккумуляторе

Разобравшись с тем, на что влияет плотность в АКБ и какой она должна быть, перейдем к тому, как проверяется плотность в аккумуляторе. Такую проверку нужно выполнять каждые 20-25 тыс. км. пробега, а также  перед наступлением лета и зимы.

Для замера нужен прибор, который называется ареометр (денсиметр). Фактически, это стеклянная трубка с ареометром внутри. На одном конце есть наконечник из резины, а на другом груша.

Для проверки следует поочередно выкручивать крышки банок обслуживаемого аккумулятора, затем погрузить резиновый наконечник в раствор, грушей втянуть электролит. Далее ареометр со шкалой покажет, какова плотность раствора. Чем меньше плотность, тем ниже заряд батареи.

Кстати, еще добавим, что необслуживаемые АКБ проверить данным способом не удается, так как нет прямого доступа к банкам. При этом на таких АКБ есть особый цветовой индикатор  заряда (индикатор плотности) необслуживаемого аккумулятора.

Фактически, если индикатор зеленый, тогда это указывает, что АКБ заряжена на 65 или 100%. Если же плотность низкая и батарею нужно заряжать, тогда индикатор будет черным. Более того, если цвет, например, красный,  тогда это указывает на выкипание воды и необходимость долива. Кстати, на самой АКБ должна быть наклейка, указывающая, о чем говорит цвет индикатора в том или ином случае. 

Теперь вернемся к проверке. Проверка плотности электролита должна производиться на полностью заряженном аккумуляторе. При этом заряжать АКБ можно только тогда, когда уровень в банках в норме.  Другими словами, порядок следующий:

• сначала корректируется уровень электролита, затем АКБ заряжается полностью;
• после окончания зарядки и отключения ЗУ также следует дать батарее «устояться» около 2-3 часов.
• после выполняется проверка плотности электролита в аккумуляторе.

Если долить воду или зарядить АКБ и сразу мерить плотность, данные будут не точными. Также важно измерять плотность при оптимальной температуре воздуха. Если имеют место отклонения, тогда  нужно сверяться с приведенной выше таблицей и вносить поправки.

Когда делается забор электролита, ареометр должен быть в покое и плавать, при этом не касаться стенок. Замеры из каждой банки АКБ следует записать. Важно, чтобы плотность электролита была приблизительно одинаковой во всех банках.

Если замечено, что плотность сильно понизилась в одной банке или нескольких, но не во всех, тогда это указывает на дефекты. Как правило, речь идет о коротком замыкании пластин аккумулятора. Если же плотность упала во всех банках, это указывает на то, что АКБ в глубоком разряде, пластины осыпались или старая батарея отработала свой ресурс.

Для точного определения причины нужно проверить напряжение аккумулятора мультиметром и с нагрузочной вилкой. В случае, когда плотность высокая, это также говорит о проблемах. Как правило, плотность повышается, когда электролит закипает.

Так или иначе, нужна корректировка с использованием корректирующего раствора или дистиллированной воды, после чего выполняется зарядка АКБ номинальным током (около 30 мин), а также затем батарея выдерживается нескольких часов в состоянии покоя. Это нужно, чтобы выровнять плотность в банках. Давайте рассмотрим,  как повысить плотность электролита в аккумуляторе, более подробно.

Как поднять плотность аккумулятора

Прежде всего, важно знать, как правильно поднимать плотность в аккумуляторе. Прежде всего, при работе с электролитом нужно быть предельно осторожным, так как в составе раствора есть серная кислота.

Кислота может вызывать ожоги кожи, слизистых и дыхательных путей. Работать с электролитом нужно в хорошо проветриваемом помещении, надевать перчатки, маску и т.д. Еще нужно учитывать все нюансы и знать, как поднять плотность в аккумуляторе.

Обратите внимание, необходимость это делать возникает в том случае, когда уровень электролита в банках несколько раз корректировался водой  или замеры плотности указывают, что плотность слишком низкая для зимы.

Также повышать плотность нужно после длительных перезарядок аккумулятора. Как правило, поднимать плотность нужно, если интервал заряда и разряда заметно сократился. Для понятия плотности АКБ можно использовать концентрированный электролит (корректирующий раствор электролита) или просто добавить кислоты.

В любом случае, нужно иметь ареометр, мерный стакан, емкость для разведения электролита, корректирующий  раствор электролита или кислоту, дистиллированную воду.

• В общих чертах, из банки аккумулятора грушей откачивается немного электролита, затем в таком же количестве добавляется корректирующий электролит для поднятия плотности или дистиллированная вода для понижения;
• Затем АКБ на 30 минут ставится на зарядку от ЗУ, заряжать нужно номинальным током, чтобы жидкость смешалась;
• Далее батарея отключается от ЗУ, выдерживается пауза около 2-3 часов, чтобы за это время плотность во всех банках выровнялась, вышли пузырьки газов, снизалась температура;
• Теперь можно снова проверить плотность электролита, при необходимости, повторить процедуру, уменьшая или увеличивая количество;
• При замерах разница плотности во всех банках не должна быть больше 0,01 г/см3. Если такой плотности не удается добиться, тогда нужно снова делать так называемую выравнивающую зарядку, причем током, который в 2-3 раза меньше номинального тока заряда.

Чтобы было удобнее, рекомендуется заранее изучить, какой объем в см3 в каждой банке конкретного АКБ. Сам электролит имеет состав в следующих пропорциях: 40% серной кислоты на 60% дистиллированной воды. Кстати, пропорции и плотность можно рассчитывать и по формуле, однако на практике проще воспользоваться таким методом:

• из банки откачивается жидкость и сливается в мерный стакан, что позволяет определить объем;
• затем сливается половина от полученного количества, а другая заполняется электролитом (стакан нужно покачать для перемешивания).

Если значения плотности все равно низкие, тогда можно долить еще ¼  электролита от выкачанного из банки объема. Такой долив можно производить неоднократно, уменьшая количество в два раза.

При этом, если плотность в аккумуляторе слишком низкая (ниже 1.18), в этом случае недостаточно обычной доливки электролита. В подобной ситуации нужно добавлять кислоту (1.8 г/см3).

Сама процедура аналогична добавке электролита. Единственное, добавлять кислоту в раствор нужно шаг за шагом, так как можно сразу залить большое количество и превысить необходимые показатели. Обратите внимание, во время приготовления раствора в обязательном порядке нужно заливать кислоту в воду. Вливать воду в кислоту запрещается!

Советы и рекомендации

Как показывает практика, срок службы  АКБ (средних по цене) составляет 3-4 года, дорогие аналоги могут  прослужить на 1-2 года больше. При этом такие показатели возможны только в том случае, если соблюдаются правила эксплуатации  и обслуживания, а также оборудование исправно.

Прежде всего, важно не допускать перезаряда аккумулятора или, наоборот, глубокого разряда батареи. Как правило,  сильно посадить аккумулятор может сам владелец. Также к разряду приводят неисправности электрооборудования или ошибки при подключении. Так или иначе, потребители «тянут» заряд даже тогда, когда машина не используется, АКБ садится.  Что касается перезаряда, это может происходить в результате поломок реле-регулятора и т.д.

В любом случае, если аккумулятор необслуживаемый и/или старый (отработал больше 3-х или 4-х лет), тогда пытаться восстановить его работоспособность путем замены электролита не стоит.  Зачастую, в этом случае в банках уже осыпались пластины (частично или полностью). Результат- батарея не будет работать нормально даже со свежим электролитом.

Зачастую, если электролит в аккумуляторе стал коричневым или бурым, в морозы такая батарея если и будет работать, то плохо. Если же электролит почернел,  это указывает на то, что произошло осыпание  пластин и частицы попали в раствор. На деле, площадь поверхности пластин стала меньше. Получается, даже после обслуживания и зарядки получить  необходимые характеристики АКБ не представляется возможным. В таком случае  батарею лучше сразу поменять.

Что в итоге

Как видно, плотность электролита, уровень и его состояние в аккумуляторе  является важнейшими показателями. По этой причине даже не нормально работающих батареях нужно следить за уровнем электролита в банках АКБ, а также  проверять и корректировать плотность при  отклонении от нормы, с учетом климатических условий в регионе и т.д.

Напоследок отметим, что только правильное обслуживание, зарядка и соблюдение правил эксплуатации позволяет максимально повысить эффективность работы и увеличить срок службы аккумулятора автомобиля.

Читайте также

(PDF) Измерение плотности электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах

Sensors 2010, 10

2607

10. Dakin, J .; Калшоу Б. Оптоволоконный датчик; Artech House: Норвуд, Массачусетс, США, 1989;

Том 2.

11. Zubía, J .; Арру, Дж. Пластиковые оптические волокна: введение в их технологические процессы и приложения

. Опт. Fiber Technol. 2001, 7, 101–140.

12. Хармер А.Л. В волоконно-оптическом рефрактометре с использованием ослабления мод оболочки.В материалах

1-й Международной конференции по оптоволоконным датчикам, Лондон, Великобритания, 26–28 апреля 1983 г.

13. Lomer, M .; Quintela, A .; López-Amo, M .; Zubía, J .; Лопес-Хигуэра, Дж. М. Квазираспределенный датчик уровня

, основанный на изогнутом полированном сбоку пластиковом оптоволоконном кабеле. Измер. Sci. Technol. 2007,

18, 2261–2267.

14. El-Sherif, M .; Бансал, Л .; Юань Дж. Оптоволоконные датчики для обнаружения токсичных и биологических угроз.

Датчики 2007, 7, 3100–3118.

15. Montero, D .; Vázquez, C .; Möllers, I .; Arrúe, J .; Джеггер, Д. Полимерный оптоволоконный датчик

на основе саморегулирующейся интенсивности для обнаружения жидкостей. Датчики 2009, 9, 6446–6455.

16. Armenta, C .; Doria, J .; de Andrés, M.C .; Urrutia, J .; Fullea, J .; Graña, F. Новый метод

, устанавливающий степень заряда свинцово-кислотных аккумуляторов с циркуляцией электролита. J. Power

Источники 1989, 27, 189–200.

17. Snyder, A .; Любовь, Дж.Теория оптических волноводов, 2-е изд .; Чепмен и Холл: Лондон, Великобритания, 1983.

18. Маркузе Д. Деформация поля и потери, вызванные кривизной оптических волокон. J. Opt. Soc. Являюсь.

1976, 66, 311–320.

19. Love, J .; Винклер, К. Затухание мощности в изогнутых многомодовых ступенчатых пластинах и волоконных световодах.

Электрон. Lett. 1978, 14, 32–34.

20. Маркузе Д. Формула потери кривизны для оптических волокон. J. Opt. Soc. Являюсь. 1975, 66, 216–220.

21.Глоге Д. Потери на изгибе в многомодовых волокнах с градиентным и неклассифицированным индексом сердцевины. Прил. Опт.

1972, 11, 2506–2513.

22. Ghatak, A .; Sharma, E .; Компелла, Дж. Точные пути в изогнутых волноводах. Прил. Опт. 1988, 27,

3180–3184.

23. Snyder, A .; Лав, Дж. Отражение на изогнутой диэлектрической границе раздела — электромагнитное туннелирование. IEEE

Пер. Теория СВЧ. 1975, 23, 134–141.

24. Durana, G .; Zubía, J .; Arrue, J .; Алдабалдетреку, Г.; Матео Дж. Зависимость потерь на изгибе от толщины оболочки

в пластиковых оптических волокнах. Прил. Опт. 2003, 42, 997–1002.

25. Club Des Fibers Optiques Plastiques. Пластиковые оптические волокна. Практическое применение; John Wiley

& Sons: Hoboken, NJ, USA, 1997.

26. Cao, A .; Marcos, J .; Doval, J .; Peñalver, C. Оптимизированный оптоволоконный датчик для измерения

плотности электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах. In Proceedings of Eurosensors XIX, Barcelona, ​​

Spain, 11–14 сентября 2005 г.

27. Cao, A .; Marcos, J .; Doval, J .; дель Рио, А. Компенсация температурной зависимости компонентов оптоэлектроники

с помощью оборудования и обработки данных. В материалах

POF & MOC 2006, Совместная международная конференция по пластиковому оптическому волокну и микрооптике,

Сеул, Корея, 11–14 сентября 2006 г .; С. 126–131.

28. Marcos, J .; Álvarez, J .; Doval, J .; Cao, A .; Peñalver, C .; Nogueiras, A .; Лаго А. Менеджмент

Электронная система

для быстрой зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.In Proceedings of Advanced Automotive

Batteries Conference, AABC-05, Honolulu, HI, USA, 13–17 июня 2005 г.

Как использовать аккумуляторный ареометр

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

Ареометр аккумулятора используется для проверки состояния заряда элемента аккумулятора. 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 заряженный аккумулятор покажет 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 приведена к 80 ° F (27 ° C). Важно понимать, что температура электролита значительно отличается от температуры окружающей среды, если транспортное средство эксплуатировалось.
Процедура проверки ареометра: 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 аккумулятора 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. Аналогичным образом, если температура была 70 ° F (21 ° C), вычтите показание 1,246. четырех точек (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 повод для замены батареи, если все элементы находятся в пределах пятидесяти точек друг от друга.

Поскольку проверка ареометра проводится в ответ на проблему с характеристиками транспортного средства, его следует зарядить и повторить испытание. Если результаты показывают, что элемент питания слабый, батарею или батареи следует извлечь и заменить на хорошую батарею той же марки, типа и приблизительного возраста.

Как использовать ареометр для измерения удельного веса

Вы можете измерить удельный вес с помощью ареометра, если вы залиты свинцово-кислотные батареи, у которых наверху крышки вы можете удалить, чтобы добраться до жидкости (электролита) внутри.Затем найдите удельный вес в следующей таблице, чтобы найти Глубина разряда (DOD) аккумуляторной батареи, которую вы взяли электролит от. Если у вас запаянные батареи то там нет съемных колпачков, и вы не можете этого сделать.

DOD	Аккумулятор 2 В	аккумулятор 12 вольт	Аккумулятор 24 В	Аккумулятор 48 В	удельный вес
0%	2.10	12,70	25,40	50,80	1,265
10%	2,09	12,58	25,16	50,32	1,249
20%	2,08	12,46	24,92	49,84	1,233
30%	2.06	12,36	24,72	49,44	1,218
40%	2,05	12,28	24,56	49,12	1,204
50%	2,03	12,20	24,40	48,80	1,190
60%	2.02	12,12	24,24	48,48	1,176
Выпущено	1,75	11,90	23,80	47,60	1,120

Электролит содержит смесь серной кислоты и дистиллированной воды.

Предупреждение: эти батареи содержат серную кислота. Всегда надевайте защитные очки и резиновые или ПВХ перчатки при работе с их.

Показания не будут точными, если вы только что добавили воды. Подожди пока перед тестированием, чтобы новая вода успела смешаться с имеющийся электролит.

Каждая батарея состоит из одной или нескольких ячеек. На фото ниже есть три клетки. Чтобы получить доступ к электролиту, просто удалите колпачок, обычно откручивая его. Убедитесь, что вы не уронили что-нибудь в камеру.

Ячейки аккумулятора.

Крышка снята.

Самый лучший, простой в использовании и доступный по цене тип ареометра — это тот, который представляет собой герметичный цилиндр с грушей на одном конце и на другом конце небольшая гибкая трубка (см. схему ниже). поплавок, что-то похожее на то, что вы видели бы в ртути термометр. Убедитесь, что у вас есть тот, который сообщает вам значения для удельный вес, и на нем не только цвета.Следующее диаграмма показывает, как его использовать.

Использование поплавкового ареометра.

Если на поплавке ареометра есть числовые значения для конкретных гравитации, запишите значение и аккумулятор, который вы хотите измеряется. Если значений нет, зеленый цвет означает, что аккумулятор заряжен, белый цвет означает, что он нуждается в зарядке, а красный означает, что он сильно разряжен и нуждается в зарядке, но это очень приблизительные показатели.Желательно иметь фактические значения. так как вы можете сравнивать значения для разных ячеек и лучше контролировать здоровье каждой клетки.

Поправочные коэффициенты на температуру

Удельный вес будет варьироваться в зависимости от температуры внутри батареи. В инструкции к вашим батареям вы узнаете, какое исправление применять. Например, так написано в мануале Surrette / Rolls. для температур в диапазоне от 0 до 130 ° F или от -17,8 до 54.4 ° С. Используйте приведенные ниже уравнения или для температур ниже 70 ° F (21 ° C) отнимите 0,03 на каждые 10 ° F (5 ° C) температуры ниже 70 ° F, а для температур выше 70 ° F добавьте 0,03 для каждые 10 ° F выше 70 ° F.

• Поправочный коэффициент (по Фаренгейту) = (0,331 x Температура_батареи_в_F — 23) / 100
• Поправочный коэффициент (Цельсия) = (0,595 x Температура_батареи_в_C — 12,5) / 100

Многие инверторы или контроллеры заряда имеют температуру батареи датчик, который вы прикрепляете к батарейному блоку где-нибудь для наблюдения температура.Обычно у них есть ЖК-дисплей, который можно запросить. выясни это. Направляя инфракрасный термометр сбоку от одна из батарей в середине вашего батарейного блока также будет дать температуру.

Ареометр с круговой шкалой для измерения удельного веса

Ниже представлен ареометр другого типа с циферблатом вместо поплавка. Это немного менее надежно, потому что циферблат может немного заедать, когда превращение.

Циферблатный ареометр.

Крупный план циферблата.

Всасывание электролита в ареометр.

Чтение циферблата.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Концентрация электролита — обзор

2.3.4 Гидратация в концентрированных растворах

По мере увеличения концентрации электролита количество молекул воды во вторичной гидратной сфере уменьшается.Следовательно, происходит усиление связи между катионом металла и гидратными водами во внутренней сфере (Choppin, Jensen, 2006). Основываясь на исследованиях ЯМР трехвалентных актинидов и лантаноидов, Чоппин пришел к выводу, что комплексообразование внутренней сферы перхлорат-ионами не происходит ниже примерно 8–10 М (Choppin, Labonne-Wall, 1997). Множественные равновесия для системы уранилхлорида (UO ₂ Cl ₂ (H ₂ O) ₂ , UO ₂ Cl ₃ (H ₂ O) ^— и UO ₂ Cl ₄ ^2– ) использовались для отделения урана от его дочерних продуктов или других металлов.Поскольку Th ^{4 +} не образует анионных хлоридных комплексов, он удерживается на катионообменной смоле, в то время как анионные хлоридные комплексы UO ₂ ^{2 +} проходят через колонку в элюате. Альтернативно такие анионные комплексы можно удерживать на анионообменной колонке.

Число гидратации Eu (III) остается относительно постоянным в соляной кислоте примерно до 6–8 M, выше которой концентрация уменьшается. То же самое верно и для числа гидратации Cm (III) в HCl, которое начинает снижаться примерно при 5 M HCl.Эта разница между (Eu ^{3 +} и Cm ^{3 +} ) отражает большее комплексообразование трехвалентного иона актинида с относительно мягким анионом Cl ^—. Разница в комплексообразовании хлоридов использовалась для обеспечения эффективного отделения трехвалентных актинидов от трехвалентных актинидов в концентрированных растворах HCl путем пропускания через колонки с катионообменной смолой с 1950-х годов (Diamond et al., 1954).

Нитратные комплексы для четырехвалентных актинидов, например Th ^{4 +} и Pu ^{4 +} , чрезвычайно важны в процессах разделения и очистки актинидов.Нитрат-ионы начинают образовывать комплексы внутренней сферы при более низких концентрациях, чем хлорид-анионы; это наблюдение подтверждается уменьшением числа гидратации катиона даже при относительно более низких концентрациях (Choppin, Jensen, 2006). Однако, поскольку атомы кислорода нитрата являются твердыми донорами, нет никаких доказательств какого-либо ковалентного усиления его связывания, как это видно с анионами хлорида для трехвалентных катионов актинидов по сравнению с катионами лантанидов (Choppin, Jensen, 2006). В процессах разделения и очистки чрезвычайно важны нитратные комплексы актинидов.Раствор нитрат-азотной кислоты является наиболее распространенной водной средой в процессах разделения ядер. В случае нейтральных экстрагентов, таких как трибутилфосфат (TBP), карбамоилметилфосфиноксид (CMPO) или дипиколинамиды (DPA), он обеспечивает нитратные единицы, необходимые для компенсации заряда катионов актинидов для обеспечения экстракции. Комплексообразование нитрата с шестивалентными ионами актинида происходит очень слабо, и определение констант образования для разновидностей водного раствора нитрата является чрезвычайно трудным.В водных условиях с высокими концентрациями азотной кислоты комплексы формы AnO ₂ (NO ₃ ) (H ₂ O) _x ⁺ , AnO ₂ (NO ₃ ) ₂ (H ₂ O) ₂ и AnO ₂ (NO ₃ ) ₃ ^— (An = U, Np, Pu). Лимитирующим веществом в ряду нитратов является комплекс гексанитрато, An (NO ₃ ) ₆ ^2– (Matonic et al., 2002). Известно комплексообразование пятивалентных ионов Pa и Np нитратом; однако доступны ограниченные термодинамические и структурные данные. Предполагаемая стехиометрия для разновидностей Np (V) — NpO ₂ (NO ₃ ) (H ₂ O) _x . Для протактиния, который легко гидролизуется, были предложены смешанные гидроксо / нитрато- или оксо / нитрато-комплексы.

Фториды и хлориды являются наиболее изученными актино-галогенидными системами, и они очень важны для процессов пирообработки и электрорафинирования.

Карбоновые кислоты прочно связаны с ионами актинидов. Первичный способ связывания простых карбоновых кислот — бидентатный, тогда как в комплексах поликарбоновых кислот карбоксилаты имеют тенденцию к монодентатной координации с ионом металла. Сродство низковалентных актиноидов к этим лигандам увеличивается с увеличением дентальности лиганда, например, этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) >>> ацетата. Для An ^{4 +} лиганд EDTA является гексадентатным с конформацией скручивания (спиральная конформация, охватывающая ион металла, а не инкапсулирующая ион металла в центральной полости, как триподальные или макробициклические лиганды).Диэтилентриамин-N, N, N ‘, N ″, N ″ -пентаацетат (DTPA) имеет еще более высокое сродство к ионам An ^{3 +} и An ^{4 +} .

Перспектива — электрохимическая стабильность водно-солевых электролитов

Вода обладает многими превосходными свойствами как растворитель электролита. Он обладает высокой диэлектрической проницаемостью, низкой вязкостью, нетоксичен, негорючий и недорогой. Однако его основным недостатком является ограниченное окно электрохимической стабильности (ESW) термодинамически только 1.23 В при 25 ° C. Это обычно ограничивает напряжение водных аккумуляторов до ≤1,5 ​​В, за исключением свинцово-кислотных аккумуляторов, достигающих 2,1 В при полной зарядке. Благодаря сочетанию объемного, межфазного и межфазного эффектов высококонцентрированные водные растворы на основе перфторалкилсульфонилимида лития и родственных солей имеют более широкие ESW, чем традиционные водные электролиты, используемые, например, в никель-металлогидридные или свинцово-кислотные батареи. ^1–4 Моделирование молекулярной динамики показывает, что, в частности, анионы бис (трифторметансульфонил) имида (TFSI) накапливаются на поверхности электрода при положительной поляризации, образуя зону обеднения воды, что приводит к более высокой окислительной стабильности таких электролитов. ² Повышенная восстановительная стабильность была связана с образованием межфазной границы твердый электролит на анодной стороне в результате разложения литиевой соли. ^1,3 По аналогии с подходом растворителя в соли, ⁵ эти электролиты также называются водно-солевыми электролитами, поскольку они содержат больше соли, чем вода, по массе и объему. ¹

Относительно широкий ESW водно-солевых электролитов позволил разработать новые, в основном интеркаляционные, водные батареи с более высокими напряжениями элементов, чем это было возможно ранее, сужая разрыв в напряжении по сравнению с элементами на основе органических электролитов. . ^1,6–9

ESW водно-солевых электролитов, таких как 21 моль кг ^-1 (21 м) LiTFSI, как сообщается, достигает 3 В. ^1,7,10 Это обеспечило стабильную смену высоковольтных катодных материалов, таких как LiMn ₂ O ₄ и Na ₃ (VOPO ₄ ) ₂ F, в течение нескольких сотен циклов даже при низких скоростях заряда / разряда. ^1,9,11 В сочетании со стратегиями анодной защиты, например углеродных покрытий или гидрофобных полимерных покрытий, стабильная цикличность также была продемонстрирована с TiO ₂ , Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ , NaTi ₂ (PO ₄ ) ₃ и даже графитовыми анодами. ^6,8,9,12

Однако все большее количество исследований предлагает батареи и суперконденсаторы со все более высоким напряжением ячеек. В некоторых случаях очевидно, что напряжение ячейки слишком велико, как в случае суперконденсаторов> 3 В. ^13,14 В других случаях стабильная циклическая работа была достигнута на высоких скоростях, но о характеристиках низкой скорости не сообщается или наблюдается относительно быстрое замирание емкости. ^7,10

Эти высоковольтные устройства обычно имеют низкую массовую нагрузку активного материала (≤5 мг · см ⁻² ) и большое количество электролита (обычно ~ 100 мкл · см ⁻² относительно к области электродов).Вместе с часто используемыми высокими значениями температуры ≥5 ° C трудно оценить стабильность электролита в более практических условиях. Когда элемент работает с высокими скоростями, электролит подвергается сильным восстановительным или окислительным условиям в течение гораздо более короткого времени за цикл, чем при низких скоростях. Следовательно, величина тока оказывает значительное влияние на скорость разложения электролита за цикл. Реалистичные элементы с высокими массовыми нагрузками (≥20 мг / см ⁻² ) потенциально не смогут поддерживать такие высокие скорости из-за транспортных ограничений в электролите.Наконец, возникновение пагубных эффектов гидролиза воды, например осаждение солей или (локальное) изменение pH, ^15,16 может быть отложено на долгое время при использовании больших количеств электролита, поскольку относительное изменение состава электролита в этом случае невелико.

Сколько электролита будет в реальной батарее на основе водно-солевых электролитов? Учитывая, что литий-ионная проводимость типичных водно-солевых электролитов при комнатной температуре составляет порядка 1–7 мСм см ^–1 , ^7,17 i.е. сравнимо с таковым для органических электролитов на основе карбоната, ¹⁸ расстояние между токосъемниками, состоящее из толщины анода, сепаратора и катода, должно быть таким же, как в коммерческих литий-ионных батареях. На рисунке 1а показана эволюция перенапряжения, связанного с сопротивлением электролита, с увеличением расстояния между токосъемниками для трех гипотетических ячеек. Предположения здесь — литий-ионная проводимость 3 мСм см ^-1 при комнатной температуре и 0.1 мСм см ⁻¹ для низкотемпературного сценария. Для высокоэнергетических и высокомощных аккумуляторов мы рассматриваем плоские емкости и токи 5 и 2 мАч см ⁻² и C / 5 и 10 C соответственно.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. (a) Расчетная зависимость перенапряжения, обусловленного объемным сопротивлением электролита (омическая капля), от расстояния между электродами для трех гипотетических сценариев ячейки.Предполагается, что проводимость составляет 3 мСм см ^-1 при комнатной температуре (комнатная температура) и 0,1 мСм см ^-1 при низкой температуре (низкая температура). Для высокоэнергетических и высокомощных ячеек учитывались емкостные емкости и токи 5 и 2 мАч см ^–2 и C / 5 и 10 C, соответственно. (b) Результирующее влияние омического падения на энергоэффективность гипотетического элемента на 2,0 В. (c), (d) Расчетное изменение концентрации электролита в зависимости от номера цикла для (c) реалистичной ячейки и (d) типичной лабораторной ячейки.Расчет проводился для кулоновской эффективности 90%, 99%, 99,9% и 99,99%. Для реалистичной ячейки и лабораторной ячейки были рассмотрены емкости 5 и 0,5 мАч см ⁻² , соответственно. Единственное другое различие между двумя ячейками — это количество электролита: 5,6 мкл см ^-2 для реалистичной ячейки (на основе 2 электродов × толщиной 100 мкм с пористостью 25% и разделителя толщиной 15 мкм с пористость 40%) и 100 мкл · см ^-2 для лабораторной ячейки.В качестве (исходного) электролита был выбран LiTFSI 20 мкм. Пунктирная горизонтальная линия на (c) и (d) отмечает начальную концентрацию кристаллизации 22 моль кг ^-1 , рассматриваемую для обсуждения.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Для этих трех сценариев омические потери пренебрежимо малы вплоть до рассматриваемого максимального расстояния между токосъемниками (без учета извилистости электродов) 1 мм для высокоэнергетической батареи, работающей при комнатной температуре.Для двух других сценариев омические потери от электролита уже превышают 100 мВ на расстоянии 100 и 150 мкм соответственно. Такое перенапряжение приводит к потере 9,5% энергоэффективности гипотетической ячейки со средним напряжением 2,0 В (см. Рис. 1b). ¹⁹ Следовательно, расстояние между электродами практических элементов на основе водно-солевых электролитов должно быть ограничено для обеспечения высокой энергоэффективности. Это отличается от свинцово-кислотных аккумуляторов, у которых сернокислый электролит имеет проводимость при комнатной температуре, которая на три порядка выше, ²⁰ , что обеспечивает большее расстояние между электродами и большую толщину.Еще одним аргументом в пользу ограничения расстояния между электродами в элементах на основе водно-солевого электролита и, следовательно, количества электролита, является высокая стоимость большинства водно-солевых электролитов, обусловленная высокой ценой и концентрацией используемых солей.

Поскольку водно-солевые электролиты обычно работают вблизи предела растворимости соли или комбинации солей, потеря воды может привести к кристаллизации соли в ячейке. ⁹ Кристаллизация может привести к закупорке пор, потере емкости и увеличению сопротивления ячейки. ^9,15 На рисунках 1c и 1d сравнивается изменение концентрации электролита с номером цикла для реалистичного высокоэнергетического элемента, как установлено выше, и типичного лабораторного элемента в предположении, что необратимая емкость обусловлена ​​исключительно гидролизом воды.

Для реалистичной ячейки мы предполагаем, что ее емкость составляет 5 мАч см ⁻² , а для лабораторной ячейки 0,5 мАч см ⁻² . Единственное другое различие между двумя ячейками — это количество электролита: 5,6 мкл см ^-2 для реалистичной ячейки (получено из 2 электродов × толщиной 100 мкм с пористостью 25% и разделителя толщиной 15 мкм с пористость 40%) и 100 мкл · см ^-2 для лабораторной ячейки.Значение 5,6 мкл см ⁻² для элемента емкостью 5 мАч см ⁻² хорошо соответствует диапазону от 1,3 до 1,5 граммов электролита на ампер-час емкости элемента, описанному в литературе для коммерческих литий-ионных аккумуляторов. батареи, учитывая более высокую плотность водно-солевых электролитов (наше предположение в этом исследовании: 1,75 г см ⁻³ ) по сравнению с плотностью коммерческих жидких органических электролитов (~ 1,3 г см ⁻³ ): 5,6 мкл см ⁻² × 1.75 г см ⁻³ /5 мАч см ⁻² = 1,96 г Ач ⁻¹ . ^{21, 22} В этом примере мы рассматриваем 20-миллиметровый раствор LiTFSI в качестве (исходного) электролита. Если кулоновский КПД составляет всего ~ 90%, как это иногда бывает в случае медленно повторяющихся ячеек на основе водно-солевого электролита, о которых сообщается в литературе, ^7,10 , концентрация электролита в реалистичном элементе быстро увеличивается и превышает предполагаемое значение. предел растворимости 22 м после менее чем одного цикла. Только клетки, показывающие кулоновскую эффективность ≥99.99% могут работать более 500 циклов. Напротив, лабораторная ячейка может работать более 100 циклов, даже если кулоновская эффективность составляет всего 90%. Следовательно, избыток электролита явно действует как ускоритель жизненного цикла. Этот расчет игнорирует другие вредные эффекты гидролиза воды, такие как локальные изменения pH, которые могут привести к деградации активного материала и коррозии токоприемника. ^16,23

Хотя настоящее исследование сосредоточено на электрохимической стабильности электролита и ее влиянии на срок службы и энергоэффективность, желательна комплексная оценка новых компонентов элемента с точки зрения всех соответствующих показателей производительности для оценки их практической значимости. . ^24,25 Например, гравиметрическая плотность энергии батарей на основе высококонцентрированных электролитов немного ниже, при прочих равных, из-за более высокой плотности таких электролитов по сравнению с традиционными более разбавленными электролитами (например, 1 M LiPF ₆ в смеси этиленкарбонат: диметилкарбонат 1: 1 (по массе) имеет плотность 1,30 г / см ⁻³ при 24 ° C, тогда как 27,8 м Li (TFSI) _0,7 (LiBETI) _0,3 имеет плотность 1,78 г · см ⁻³ при 25 ° C). ^7,22

Учитывая, что практические элементы на основе водно-солевых электролитов требуют кулоновской эффективности ≥99,9% при низких скоростях, чтобы обеспечить достаточный срок службы, необходимо использовать довольно строгие критерии при определении ESW воды на входе. -солевые электролиты, чтобы избежать несоответствия между заявленными значениями ESW и стабильностью при циклических нагрузках в реальных условиях. С этой целью мы пересмотрели данные по электрохимической стабильности для архетипической системы H ₂ O – LiTFSI. ESW электролитов чаще всего определяется с помощью экспериментов по вольтамперометрии с использованием (инертных) металлических рабочих электродов. ¹⁸ Общим критерием определения ESW по данным вольтамперометрии является плотность тока отсечки. ²⁶ Однако в большинстве исследований водно-солевых электролитов указывается (широкая) ЭСВ без упоминания критерия, используемого для анализа данных вольтамперометрии, на которых основывается заявленная ЭСВ.

Чтобы изучить влияние плотности тока отсечки на кажущуюся ESW, мы записали вольтамперограммы водных растворов LiTFSI со скоростью сканирования 0,1 мВ с ^-1 с использованием рабочих электродов из нержавеющей стали и золота для обеспечения восстановительной и окислительной стабильности. соответственно (рис.2а). Все измерения проводились в трехэлектродных ячейках Swagelok с электрохимической рабочей станцией Bio-Logic VMP3. Гранулы на основе активированного угля использовали в качестве противоэлектрода, миниатюрный электрод Ag / AgCl (eDAQ) использовали в качестве электрода сравнения, а стеклянный фильтр из микроволокна типа Whatman GF / D, пропитанный 150 мкл электролита, использовали в качестве сепаратора. В качестве электрода сравнения использовали диски из нержавеющей стали диаметром 12 мм (сорт 1.4310, Brütsch / Rüegger Werkzeuge AG) или золотой дисковый электрод диаметром 1 мм от eDAQ, соответственно.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Окна электрохимической устойчивости дегазированных водных растворов LiTFSI различной концентрации. (а) Вольтамперограммы с линейной разверткой для нержавеющей стали (для восстановительной стабильности) и золота (для устойчивости к окислению), соответственно. Термодинамические начала реакций выделения водорода и кислорода для pH 5 показаны пунктирными вертикальными линиями.На вставке увеличена слаботочная область катодного сканирования. (b) Пределы стабильности электролитов, определенные путем применения трех различных пороговых плотностей тока к данным вольтамперометрии, показанным на (a). (c) Окно стабильности LiTFSI 21 м как функция плотности тока отсечки. (d) Вольтамперограммы с линейной разверткой для LiTFSI 21 м на платине, золоте, нержавеющей стали (SS), титане, стеклоуглероде (GC) и алюминии. PH всех растворов доводили до значения ~ 5. Все эксперименты проводились при комнатной температуре со скоростью сканирования 0.1 мВ с ⁻¹ .

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Затем мы определили пределы катодной и анодной устойчивости для различных концентраций LiTFSI, используя различные плотности тока отсечки (см. Рис. 2b). Для плотности тока отсечки 50 мкА см ⁻² , что соответствует почти вертикальным участкам кривых плотности тока – потенциала, мы получаем нереально широкий ESW 2,6 В уже для самой низкой концентрации 1 м.Следовательно, этот критерий явно слишком расплывчатый. Значительно меньшая плотность тока отсечки 2 мкА см ⁻² приводит к более реалистичным ESW 1,4–1,5 В для концентраций LiTFSI 1 м, 7 м и 14 м. Для раствора LiTFSI 21 м мы получаем ЭСВ 2,1 В, а для раствора 27,8 м Li (TFSI) _0,7 (LiBETI) _0,3 (LiBETI = бис (пентафторэтансульфонил) имид лития) ЭСВ 2,4 В составляет полученный. ⁷

На рисунке 2c показано изменение кажущейся ЭСВ 21-метрового LiTFSI с увеличением плотности тока отсечки.Используя порог 100 мкА · см ⁻² , наши результаты подтверждают заявленное значение ESW 3 В. При снижении порога отсечки от 100 до 5 мкА · см ⁻² ESW медленно уменьшается с 3,1 до 2,7 В, в то время как оно падает до 2,1 В для предела 2 мкА · см ⁻² . Связывание этой плотности тока с целевым показателем кулоновской эффективности, например 99,9% непросто, поскольку измеренная плотность тока в таком эксперименте по вольтамперометрии зависит от скорости сканирования, типа рабочего электрода и в определенной степени геометрии используемой ячейки.Для ячейки с емкостью 5 мАч см ⁻² , работающей при скорости тока C / 5, кулоновский КПД 99,9% соответствует средней плотности необратимого тока 1 мкА см ⁻² . Поскольку во многих приложениях поддерживается состояние заряда батареи не менее 50%, и поскольку даже кулоновский КПД 99,9% не позволяет проводить сотни циклов, более низкая плотность тока для разложения воды <1 мкА / см ⁻² кажется желательным, если заправка невозможна.Тем не менее, водно-солевой подход явно улучшает электрохимическую стабильность водных электролитов. В частности, окислительная стабильность водно-солевых электролитов с нейтральным pH оказывается (по крайней мере) на одном уровне со стабильностью обычных электролитов на карбонатной основе, что продемонстрировано вышеупомянутой превосходной стабильностью при циклическом воздействии нескольких высоковольтных катодных материалов. . Эти результаты еще более впечатляющие, если учесть, что начало реакции выделения кислорода сдвигается на 59 мВ на единицу pH в сторону более отрицательных потенциалов при увеличении pH от ≤0 (например.грамм. серной кислоты, используемой в свинцово-кислотных аккумуляторах) до обычно близкого к нейтральному pH водно-солевых электролитов. Кроме того, потенциалы внедрения / интеркаляции ионов лития сдвигаются на ≥200 мВ в сторону более положительных потенциалов в водно-солевых электролитах, что дополнительно увеличивает требуемую окислительную стабильность. ^1,7

Что касается катодного сканирования, то несколько исследований показывают, что измеренная плотность тока является суммой нескольких конкурирующих процессов: реакции выделения водорода (HER), восстановления растворенных газов и электрохимического восстановления анионов. ^1,3,7 Появляется все больше свидетельств того, что последний процесс приводит к образованию твердой межфазной фазы электролита (SEI), которая, следовательно, ограничивает HER. ^3,7 Недавно был предложен другой механизм, касающийся процесса образования SEI в водно-солевых электролитах: согласно этому исследованию, восстановление анионов является, скорее, результатом нуклеофильной атаки гидроксид-анионами, которые образуются как побочный продукт HER . ⁴ Необходима дополнительная работа, чтобы лучше понять процесс образования и эффективность образования SEI в водно-солевых электролитах.

Измеренные плотности тока также сильно зависят от каталитической активности материала электрода, как показано на рис. 2d. Мы наблюдаем существенно разные плотности тока на платине (дисковый электрод 1 мм, eDAQ), золоте, нержавеющей стали, титане (диск 12 мм,> 99,6%, Goodfellow), стеклоуглероде (дисковый электрод 1 мм, eDAQ) и алюминии (12 мм). мм диск,> 99,3%, MTI). Различия в катодной стабильности по отношению к восстановлению воды соответствуют заявленным тенденциям каталитической активности этих материалов. ²⁷ При анодном сканировании плотность тока уменьшается в следующем порядке: нержавеющая сталь ≈ золото> платина> стеклоуглерод> титан. В литературе также сообщалось о сопоставимых различиях в плотности тока между различными материалами рабочих электродов. ^7,28

Наконец, количественная оценка продуктов окисления и восстановления электролита, возникающих в результате конкуренции различных процессов на аноде (выделение водорода, восстановление растворенных газов, восстановление анионов) и на катодной стороне (выделение кислорода, коррозия токосъемника и потенциально анионное окисление) предоставляют ценные дополнительные сведения, особенно если они проводятся с использованием композитных аккумуляторных электродов в качестве рабочих электродов.В частности, необходимы исследования выделения газа, чтобы продемонстрировать реальную практичность батарей на основе водно-солевых электролитов. Первое такое исследование было опубликовано недавно. ³

Водно-солевой подход позволил использовать водные батареи и суперконденсаторы со значительно более высокими напряжениями элементов. Однако, как показано выше, ESW может легко отличаться на 1–1,5 В в зависимости от плотности тока отсечки, выбранной для оценки данных вольтамперометрии. Эта чувствительность к критерию отсечки поспособствовала разъединению между зарегистрированными ESW и заявленной стабильностью циклов / кулоновской эффективностью батарей и суперконденсаторов, содержащих водно-солевые электролиты.Кроме того, ESW водно-солевых электролитов сильно зависит от материала электрода, поскольку высокая стабильность является результатом кинетической стабилизации, которая зависит от электрокаталитических свойств материала электрода. Чтобы дать более подходящую для применения оценку ESW водно-солевых электролитов, следует использовать более строгие критерии при извлечении ESW из данных вольтамперометрии. В идеале электроды, выбранные для экспериментов ESW, должны иметь такие же электрокаталитические свойства, что и электроды целевого устройства.Кроме того, должны быть предоставлены все соответствующие экспериментальные данные, такие как тип ячейки, материал электрода, массовая нагрузка (если применимо), скорость сканирования и метод анализа плотности тока отсечки / данных, чтобы позволить оценку и сравнение данных ESW от вольтамперометрии.

Наконец, очень желательны более реалистичные испытания элементов с использованием небольшого количества электролита, высоких массовых нагрузок и низких значений тока. Такие элементы также следует подвергать постоянному напряжению при различных состояниях заряда и различных температурах, чтобы изучить их стабильность в различных реальных условиях.

Расчет плотностей водных растворов электролитов при отрицательных температурах

1.

Р. Дж. Спенсер, Н. Мёллер и Дж. Х. Уир, Geochim. Космохим. Acta 54 , 575 (1990).

Артикул CAS Google ученый

2.

Г. М. Марион и С. А. Грант, FREZCHEM: Химико-термодинамическая модель водных растворов при отрицательных температурах (CRREL Spec.Представитель 94-18, Лаборатория исследований и разработки холодных регионов, Ганновер, Н. Х., 1994).

3.

М. В. Мироненко, С. А. Грант, Г. М. Марион, FREZCHEM2: Химико-термодинамическая модель водных растворов при отрицательных температурах (отчет CRREL, в печати).

4.

Y. C. Wu, J. Phys. Chem. 21, , 287 (1970).

Артикул Google ученый

5.

F. J. Millero, Geochim. Космохим. Acta 41, , 215 (1977).

Артикул CAS Google ученый

6.

R. H. Wood, P. J. Reilly, Ann Rev. Phys. Chem. 21, , 287 (1970).

Артикул Google ученый

7.

Ф. Дж. Миллеро и А. Пуассон, Pure App.Chem. 57 , 1015 (1985).

Артикул CAS Google ученый

8.

Б.С. Крумгалз, Р. Погорельский, Я. A. Iosilevskii, A. Weiser, K. S. Pitzer, J. Solution Chem. 23 , 849 (1994).

Артикул CAS Google ученый

9.

A. Kumar, J. Chem. Англ.Данные 31, , 19 (1986).

Артикул CAS Google ученый

10.

A. Kumar, J. Chem. Англ. Данные 31, , 21 (1986).

Артикул CAS Google ученый

11.

К. Моннин, Геохим. Космохим. Acta 53, , 1177 (1989).

Артикул CAS Google ученый

12.

P. S. Z. Rogers, K. S. Pitzer, J. Phys. Chem. Ref. Данные 11 , 15 (1982).

CAS Google ученый

13.

К. С. Питцер, Термодинамика , 3-й. изд. (Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1995).

Google ученый

14.

С. Т. А. Чен, Р. Т. Эммет и Ф. Дж. Миллеро, J. Chem. Англ. Данные 22 , 201 (1977).

Артикул CAS Google ученый

15.

D. E. Hare и C. M. Sorensen, J. Chem. Phys. 84 , 5085 (1986).

Артикул CAS Google ученый

16.

D. E.Hare and C.M.Sorensen, J. Chem. Phys. 87 , 4840 (1987).

Артикул CAS Google ученый

17.

D. G. Archer, P. Wang, J. Phys. Chem. Ref. Данные 19 , 371 (1990).

CAS Статья Google ученый

18.

G. S. Kell, J. Chem. Англ.Данные 12 , 66 (1967).

Артикул CAS Google ученый

19.

Национальный исследовательский совет, Международные критические таблицы численных данных, физика, химия и технология , Vol. 1 , (Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1928).

Google ученый

20.

C. Monnin, J. Sol. Chem. 12, , 1035 (1987).

Артикул Google ученый

21.

J. C. Tanger IV и H. C. Helgeson, Amer. J. Sci. 288 , 19 (1988).

CAS Статья Google ученый

22.

Дж. У. Джонсон, Э. Х. Элкерс и Х. К. Хелгесон, Comp. Geosci. 18 , 899 (1992).

Артикул Google ученый

23.

J. Kestin, J. V. Sengers, B. Kamgar-Parsi и J. M. H. Levelt-Sengers, J. Phys. Chem. Ref. Данные 13 , 175 (1984).

CAS Статья Google ученый

24.

Хлорид кальция , Бюллетень Allied Chemical, Technical and Engineering Service, № 16 (Allied Chemical Corporation, 1958).

25.

Основы Справочник ASHRAE. I-P Edition.(Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc., Атланта, 1993 г.).

26.

Р. Коэн-Актад и Дж. Лоример, ред., Хлориды щелочных металлов и аммония в воде и тяжелой воде (бинарные системы), серия данных по растворимости , Vol. 47 (Пергамон, Оксфорд, 1991).

Google ученый

27.

Пельше А.Д., Справочник по растворимости солевых систем Вып. 4 , (Госхимиздат, Москва-Ленинград, 1963). (На русском языке)

Google ученый

28.

Пельше А.Д., Справочник по растворимости солевых систем, , (Госхимиздат, Москва-Ленинград, 1967). (На русском языке)

Google ученый

29.

Бакштейн В. М., Валиашко М. Г., Пельше А. Д., Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. (Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем.