Технологии акб: Технологии изготовления аккумуляторов | АКБ-сервис
Технологии изготовления аккумуляторов | АКБ-сервис
Технологии изготовления аккумуляторов:
Малосурьмянистые (Sb/Sb) – это обычная старая-дедовская свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы.
+ не боятся глубоких разрядов
+ легко зарядить даже при плотности электролита практически “до воды”.
— подвержены наибольшему саморазряду,
— выкипанию воды из раствора электролита.
Технология Ca/Ca – пришла на смену классической малосурьмянистой (Sb/Sb).
Использования кальция в качестве легирующей добавки позволяет избегать выкипания. При достижении заряда, батарея “перестает брать ток”. Это дает возможность делать необслуживаемые аккумуляторы. Благодаря технологии Ca/Ca аккумулятор становится также более устойчив к саморазряду в состоянии бездействия и характеризуется высокими стартовыми токами
+ высокие стартовые токи при любых погодных условиях (лично мне устойчивость к разряду гораздо важнее).
+ снижение саморазряда на 30 % и расхода воды на 80% по сравнению с малосурьмянистыми.
— неустойчивость к глубоким разрядам. Разряжать Сa/Сa ниже границы чем 70% заряда не рекомендуется. Кальциевые батареи, пережившие хотя бы 1 полный разряд (ниже 10,8 В), теряют до 50% своей емкости! При хранении в разряженном состоянии пластины сульфатируются.
Сульфат кальция не растворяется в воде, а в электролите он растворяется с большим трудом. Поэтому, при глубоких разрядах сульфат кальция заклеивает поры (закупорка пластин) и затрудняет последующий заряд.
При КТЦ, если разряжать, то не ниже 11,8В (при этом с риском не вернуть назад прежнюю ёмкость АКБ) или 12В (неглубокий КТЦ), т.к. 11,8В НРЦ (напряжение разомкнутой цепи) на кальциевом АКБ говорит о 0% его SOC (State_of_Charge), напряжение 100% заряженного АКБ составляет 12,8В.
Если плотность электролита аккумуляторной батареи составляет менее 1,17 г/см3 (SOC составляет менее 25%, что соответствует напряжению менее 12В), то такая батарея подлежит замене новой, так как в этом случае восстановить нормальное функционирование аккумуляторной батареи с помощью ее заряда уже невозможно (!).
Стационарно, т.е. за пределами автомобиля, заряжать кальциевый АКБ нужно не выше 16В (только при 16В вы сможете довести плотность до 1,27-1,28 г/см3) и зарядным током не более 10% от номинальной ёмкости АКБ (справедливо при +20С внешней температуры).
Технология Sb/Ca или Гибридная — в отрицательные электроды добавляется кальций, а в положительные – сурьма
+ Наличие кальция в пластинах снижает выкипание воды из электролита, что приводит к увеличению срока службы аккумуляторной батареи.
+ устойчивы к глубокому саморазряду (? т.е. сами глубоко не разряжаются или глубокий разряд не несет фатальных последствий?)
+ высокий цикл разрядов-зарядов по сравнению с сурьмянистой технологией;
+ Свинцовые пластины становятся крепкими, и батарея приобретает очень важное свойство – виброустойчивость. (? не видел чтобы пластины гнулись при штатной эксплуатации)
Гибридные батареи являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.
Кальциевые и гибридные аккумуляторы в гораздо меньшей степени подвержены выкипаемости еще и потому, что состав их свинца обеспечивает свойства своеобразной “самовыключаемости” — они перестают принимать ток, когда заряжены на 95-97 %
Позволяет пластины делать более тонкими, благодаря чему количество их увеличивается.
Расчетный срок службы до 5 лет
Технология Ca/Ca + Silver – дороже, но лишена недостатков батарей предыдущих типов.
+ являются полностью необслуживаемыми,
+ характеризуются высокими стартовыми токами,
+ высокими показателями тока холодной прокрутки,
+ низким уровнем саморазряда,
+ устойчивостью пластин к коррозии,
+ длительным сроком эксплуатации (более 5 лет),
+ увеличенным сроком хранения без подзарядки.
— дороже.
VRLA — Valve Regulated Lead Acid — Свинцово-кислотная с клапаном или “обычные” — Один аккумулятор состоит из блока положительных и отрицательных пластин, которые вместе создают напряжение 12 В.
Пластины состоят из свинцовых решеток, которые заполнены активным электролитом. Положительные пластины изготовлены из двуокиси свинца, отрицательные — из чистого свинца. Между ними установлен сепаратор. Он разделяет пластины, предотвращая замыкание, но электролит может проходить через его мельчайшие поры. Электролит — это токопроводящая жидкость, которая примерно состоит из 37% концентрированной серной кислоты и 63% дистиллированной воды.
Разрушение свинцовых пластин является неизбежным результатом при реакции электролиза. А если это так, то замедлить этот процесс и предотвратить внутреннее замыкание цепи — главная задача.
AGM (Absorbent Glass Mat) — электроды представляют из себя сетку в обмазке, между электродами — стекломат, конструкция схожа с конденсаторами. Такая конструкция позволяет уменьшить толщину электродов без потери общей прочности и риска осыпания обмазки, соотв., увеличить площадь электродов и уменьшить расстояние между ними. Следствие — уменьшение внутреннего сопротивления — увеличение пускового тока.
Электролит ЖИДКИЙ, но не вытекает поскольку находится в адсорбированном состоянии в особых стекловолоконных матах, облегающих пластины. Блоки пластин в таких АКБ плотно прижаты друг к другу, что помогает гораздо лучше удерживать активную массу на их решетках, чем в обычных стартерных батареях. обеспечивают в три раза больше циклов разряда-заряда, а их пусковая мощность процентов на 30 выше, чем у традиционных батарей.
+ обеспечивают в три раза больше циклов разряда-заряда,
+ пусковая мощность процентов на 30 выше, чем у традиционных батарей.
+ Не боится глубокого разряда. Даже среднестатистический аккумулятор AGM должен выдержать, как минимум, две сотни полных разрядок (на ноль), не менее пятисот разрядов до 50% и тысячу на 20-30%.
+ Не боятся механического повреждения
+ Разрешена транспортировка и эксплуатация практически в любом положении.
+ Срок службы AGM составляет от 5 до 12 лет (при обязательном соблюдении правил зарядки).
+ Нейтральны к высокой температуре окружающей среды (например, в подкапотном пространстве автомобиля).
— Данный тип батарей весьма чувствителен к перезарядке. Это значит, что, если автомобиль не оснащен устройством, исключающим избыток заряда, — от покупки таких аккумуляторов стоит воздержаться.
— Урон им могут нанести чрезмерные значения тока и напряжения. Оптимальным током для зарядки считается ток в 10% от номинала. Макс. напряжение — 14.4В, напряжение буферного режима (хранения) — 13,8В.
— стоит почти вдвое дороже обычного
EFB (Enhanced Flooded Battery) — некоторый гибрид АГМ и “традиционной” технологии, пусковых и тяговых батарей — это более толстые, по сравнению с традиционным аккумулятором, пластины, помещенные в конверт из микроволокна.
+ вдвое большее количество циклов разряда-заряда без потери функциональности.
+ практически не теряют емкости после глубоких разрядов,
+ заряжаются намного быстрее обычных стартерных батарей.
— стоимость в среднем на 50-60% выше, чем у обычных АКБ.
GEL — “гелевые”
аккумуляторы.
Электролит адсорбирован гелем. Гель также предохраняет пластины от осыпания.
— НЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ в автомобилях в качестве стартерных. Применяются лишь как ТЯГОВЫЕ батареи.
— Существенным недостатком гелевых батарей является их повышенная чувствительность к температуре. Так уже при 100-110 градусах смесь кислоты и силикагеля теряет свое рабочее состояние. Вместе с этим понижалась способность геля удерживать пары серной кислоты. Все это в конечном счете влияет на жесткость конструкции в целом.
* Подозреваю, что они имеют весьма высокое внутреннее сопротивление (ионы в геле менее подвижны, чем в растворе) и просто не могут выдать ток в несколько сот Ампер. А вот несколько десятков до глубокого разряда — это пожалуйста.
* Также нам непонятно, что там такого, что стОят они в 2, а то и более раза дороже. Аааа! Вот оно что! “эксклюзивные права на «спираль» в аккумуляторах запатентованы”.
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ:
— “кипятить” зарядным устройством с напряжением выше 14,7В АКБ EFB/AGM/Gel — смерти подобно — пузырями выделяемых газов при “кипячении” плотно упакованные намазки на пластинах просто разрушаются (но не осыпаются).
В магагазинах “АКБ-Сервис” есть аккумуляторы почти всех совеременных технологий, например:
– Sb/Ca: Fiamm Titanium black: https://akb-s.ru/akb/avto/akkumulyator-fiamm-titanium-black-110-ach-obra…
– Ca/Ca: Topla: https://akb-s.ru/akb/avto/topla-60-ach-pryamaya-polyarnost
Exide: https://akb-s.ru/akb/avto/akkumulyator-exide-premium-60-ach-pryamaya-pol…
Ridzel: https://akb-s.ru/akb/avto/akb-ridzel-65-ach-obratnaya-polyarnost
– EFB: АКОМ EFB: https://akb-s.ru/akb/avto/akb-akom-efb-6st-60ach-pryamaya-polyarnost
Topla EFB: https://akb-s.ru/akb/avto/akb-topla-top-efb-stopgo-60ach-aziya-obratnaya…
– AGM: EXIDE AGM: https://akb-s.ru/akb/avto/akkumulyator-exide-startstop-agm-70-ach-obratn…
VARTA AGM: https://akb-s.ru/akb/avto/varta-start-stop-plus-g14-95ach-agm-obratnaya-…
АКОМ Ultimatum AGM: https://akb-s.ru/akb/avto/akb-ultimatum-agm-95-ach-obratnaya-polyarnost
EXIDE AGM: https://akb-s.
ru/akb/avto/akkumulyator-exide-startstop-agm-60-ach-obratn…
Источник: https://www.drive2.ru/l/523358190046281913/
Технология АКБ, информация о технологиях производства автомобильных аккумуляторов
Подписывайтесь на наш канал YouTube и смотрите новые интересные видео! 😉
Всем привет! Как часто при выборе аккумуляторов вам доводилось слышать странные аббревиатуры типа EFB, AGM или GEL? Мы уверены, что часто!
Лирическое отступление.
Автомобили с системой start-stop – это когда отпускаешь педаль газа, и тачка глохнет в пробке или на светофоре (для экономии топлива) – выпускаются уже много лет к ряду. Но и по сей день мало кто из автомобилистов понимают, что для машины, оборудованной этой сложной системой нужен специальный аккумулятор AGM. Делаем акцент на слове «специальный».
Кстати весьма распространенная ошибка заключается в том, что люди часто путают систему start-stop с модным кнопочным зажиганием (вместо привычного ключа) на котором тоже написано start-stop engine.
Ребята… на дворе какой год? Автомобили с системой старт-стоп выпускаются в мире эдак с 2010 года. Это очень примерная цифра, но намек вы поняли…
Короче. Сейчас более-менее детально пройдемся по основным типам аккумуляторных батарей, которые могут встретиться вам в повседневной жизни, кроме обычных батареек для кролика Энерджайзера и всяких там литий-ионных, кадмиевых и никелевых аккумуляторов промышленного или специального назначения.
Всего можно выделить 4 класса аккумуляторных батарей: WET или обычные кислотные аккумуляторы; EFB; AGM; GEL.
WET или Wet Cell Battery.
Обычные свинцово-кислотные аккумуляторы или WET. Если по-простому, то с английского это название переводится как «мокрый». И название это оправдывает смысл, ведь внутри таких аккумуляторов находится жидкость, а именно электролит.
По сути, WET – это самые обычные и самые распространенные аккумуляторы с жидким электролитом. Те самые которые можно встретить под капотом у большинства автомобилей.
Эти аккумуляторы бывают с разными клеммами. В разных корпусах и габаритных размерах. Легковые, грузовые и мотоциклетные… всякие.
У этих аккумуляторов много преимуществ и недостатков. Все перечислять не будем. Назовем только основные.
И так! Основное преимущество – доступность. Эти аккумуляторы доступны как по цене, так и по применяемости. Среди всех типов эти аккумуляторы самые дешевые. А применяют их не только для автомобилей, а и во многих других сферах: для генераторов; для котлов; для резервного питания.
Основной же недостаток – низкий уровень безопасности. Если такой аккумулятор перевернуть или разбить – электролит вытечет. А еще эти аккумуляторы при зарядке и во время работы выделяют взрывоопасный газ водород в больших количествах. И как следствие такие аккумуляторы иногда взрываются. Да-да. Это опасно!
EFB или Enhanced Flooded Battery.
Если говорить простым языком EFB – это усиленная кислотная батарея.
Для украинского рынка автомобильных аккумуляторов понятие EFB мало знакомо (по крайней мере на момент выхода этой статьи). Хотя в мире технология и не новая. Все это говорит об отсталости нашего автомобильного рынка.
Вот если некоторые автомобилисты еще слыхали про аккумуляторы AGM или «гелевые аккумуляторы», то при упоминании EFB почти все недоумевают и наверняка думают, что им пытаются впарить какую-то дичь.
Для того чтобы понять, что такое EFB и с чем его едят, нужно немного разобраться в конструкции аккумулятора. Есть шесть секций или «банок». В банках плотно натыканы свинцовые пластины. Они на совесть упакованы в специальные сепараторы (по типу конверты) из особой плотной бумаги или легкого пластика. Все это добро щедро залито электролитом. Одна половина пластин положительно заряженные, другая половина – отрицательно заряженные.
Для тех, кто в школе хоть немного учил физику должно быть понятно, что если эти пластины будут напрямую контактировать друг с другом то возникнет короткое замыкание и весь свинец из аккумулятора отправится на грузики для рыбалки.
Тут сепараторы и выполняют свою основную роль. Почти тот самый принцип что и изоляция на проводах. Кстати с английского слово separate – означает разделить. Это для общего развития 😉
Бумажные или легкие пластиковые сепараторы используются массово в аккумуляторах WET, про которые мы писали вначале. В виду своей дешевизны и доступности. Но такие сепараторы не очень надежные. И когда аккумулятор терпит высокие нагрузки, сильную вибрацию или просто изнашивается со временем, сепараторы рвутся. Ну и опять возвращаемся к теме рыбалки.
А потом такой трах-бах-бум-клац-тра-та-та-та-там! И кому-то в голову пришла светлая мысль: а что если сепараторы делать из прочного пластика, который не деформируется?
Знаете, что такое ламинация? Вот тут похожий принцип. Сепараторы из прочного пластика не рвутся и не ломаются. А значит вероятность короткого замыкания между пластинами сильно уменьшается.
К тому же, при деформации или осыпании пластин, что происходит во время износа аккумулятора, сепаратор из прочного пластика будет отыгрывать роль цемента, прочно удерживающего свинец.
В нашем примере видно, что пусковые токи на аккумуляторе EFB больше на 40 единиц чем в аккумуляторе WET. И весит этот аккумулятор больше. А значит добросовестный производитель заложил в свои EFB аккумуляторы более высокие характеристики путем добавления свинца или доработки присадок, а не просто заменил тонкие сепараторы на толстые. В любом случае рекомендуем проверять характеристики аккумуляторов при покупке, ведь то что мы показали бывает не всегда.
AGM или Absorptive Glass Mat.
Всем известные аккумуляторы AGM – это не гелевые аккумуляторы. Геля в них нет вот от слова совсем. Пора бы уже это знать. AGM – это абсорбирующее стекловолокно. Неожиданно? А это так и есть.
Внутри таких аккумуляторов между пластинами находится специальный пористый материал из стекловолокна, пропитанный электролитом. Такие аккумуляторы имеют увеличенную резервную мощность. Считайте, что заряда в одном таком аккумуляторе будет как в пяти обычных WET батарейках. И в этом кроется основная сила этих батарей, равно как и их основной недостаток.
Основные преимущества аккумуляторов AGM в их выносливости и безопасности. Эти аккумуляторы могут работать лежа на боку или вверх тормашками. Если их разбить, электролит не вытечет. А еще такие аккумуляторы почти не выделяют вредных газов. Их используют для автомобилей с системой start-stop или там, где очень уж много электроники. Еще эти аккумуляторы используют для котлов, генераторов или для резервного питания. Но в отличие от WET они с этими задачами справляются в десять раз успешнее.
Основные недостатки AGM аккумуляторов – цена. Обычно такие аккумуляторы в два-три раза дороже чем обычные WET или EFB.
GEL или Gelled Electrolyte.
Гелевые аккумуляторы действительно существуют и электролит у них внутри действительно будет в гелиевидном состоянии. Его называют силикагель. Но говорить тут особо нечего…
Аккумуляторы, сделанные по технологии GEL, не часто встречаются в повседневной жизни автомобилистов. Они используются редко в автомобилях, в виду высокой стоимости и сложной технологии.
Чаще их пользуют для систем резервного питания, лодочной и мотоциклетной техники. А еще в других сферах, не связанных с автомобилями, например, в промышленности.
Эти аккумуляторы почти как AGM. Среди недостатков, это высокая цена. Среди преимуществ, это выделение малого количества газов и безопасность. Благодаря тому, что электролит находится в состоянии геля, он не выкипает и такие аккумуляторы не высыхают.
Лайфхак про аккумуляторы AGM и WET.
Есть простой способ как отличить аккумулятор с жидким электролитом от аккумулятора с не жидким электролитом (AGM или GEL). Если у вас в руках автомобильный аккумулятор, но этикетки на нем стерты и пробок нету, то есть вскрыть и посмотреть внутрь не получится, чтобы узнать внутри вода или не вода. То такой аккумулятор можно банально поболтать. Обычный аккумулятор с жидким электролитом в этом случае будет хлюпать. Вы это услышите. А аккумулятор AGM или GEL хлюпать не будет.
Термины: LA или Lead Acid, SLA и VRLA или Sealed Lead Acid и Valve Regulated Lead Acid.
Иногда на аккумуляторах вы можете прочитать такие вот слова. В интернете есть куча информации на эту тему, но почти вся она написана «по-умному» и мало что объясняет. Попробуем сейчас внести ясность и все упростить.
LA или Lead Acid в переводе с английского «кислотные». И в данном случае имеется в виду что это аккумуляторы, у которых есть пробки. Видели такие? Они под каждыми вторым капотом. Пробки на таких аккумуляторах можно открутить, при надобности долить дистиллированной воды и проверить плотность электролита.
SLA или Sealed Lead Acid в переводе с английского «закрытые кислотные». VRLA или Valve Regulated Lead Acid в переводе с английского «закрытые кислотные с клапаном». По сути это два похожих термина, которые объясняют тупо одно и то же. Все это про аккумуляторы без пробок, которые еще называют герметичными.
Теперь, когда разница между терминами «аккумуляторы с пробками» и «аккумуляторы без пробок» понятна, нужно сказать, что абсолютно во всех аккумуляторах в процессе эксплуатации скапливаются газы водорода.
Если у аккумулятора есть пробки, то газы выходят через пробки, что уже предусмотрено. Если у аккумулятора нет пробок, то газы тоже должны как-то выходить, иначе аккумулятор может раздуться или взорваться. Поэтому придумали клапан вентиляционной системы.
Важно отметить что аккумуляторы с пробками, и аккумуляторы без пробок бывают абсолютно всех видов, которые мы перечислили выше: WET, EFB, AGM и GEL. Почему одни аккумуляторы делают с пробками, а другие без пробок? Это бывает по разным причинам. В основном это зависит от решения производителя.
А на этом у нас все. Спасибо всем, кто прочитал до конца. Пишите комментарии и задавайте вопросы. Мы обязательно ответим!
Новый закон направлен на сохранение передовых технологий, сделанных в Америке: NPR
Новый закон направлен на сохранение передовых технологий, сделанных в Америке
Расследования
Услышано во всех случаях
Конгресс ужесточает правила производства в США после того, как технология аккумуляторов оказалась в Китае
Сотрудник осматривает блок ванадиевой проточной батареи в Лаборатории испытаний надежности батарей в PNNL. Андреа Старр / Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория скрыть заголовок
переключить заголовок
Андреа Старр / Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория
Сотрудник осматривает блок ванадиевых проточных аккумуляторов в лаборатории проверки надежности аккумуляторов в PNNL.
Андреа Старр / Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория
Новый федеральный закон, принятый после того, как Министерство энергетики разрешило экспорт аккумуляторных технологий, финансируемых налогоплательщиками, в Китай, направлено на ужесточение ограничений на отправку таких правительственных открытий за границу.
Изначально закон «Изобретай здесь, делай здесь» будет применяться только к программам Департамента внутренней безопасности. Но сторонники закона в Конгрессе говорят, что в дальнейшем они планируют распространить его на Министерство энергетики и другие агентства.
Сенатор Тэмми Болдуин, демократ из Висконсина, сказала она и тогдашний сенатор. Роб Портман, республиканец из Огайо, спонсировал эту меру после того, как NPR провело расследование того, как революционная технология аккумуляторов из правительственной лаборатории США попала в компанию в Китае. Законопроект был принят при широкой поддержке в декабре как часть Закона об ассигнованиях на национальную оборону.
«Закон «Изобретайте здесь, делайте здесь» направлен на то, чтобы, когда мы инвестируем доллары американских налогоплательщиков, наши открытия действительно производились здесь», — сказал Болдуин.
NPR в партнерстве с Northwest News Network общественного радио обнаружило, что Министерство энергетики разрешило передачу передовых технологий за границу из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории без особого контроля.
Ученые думали, что батареи изменят то, как американцы питают свои дома. Вместо этого Китай только что запустил крупнейшую в мире аккумуляторную ферму по американской технологии.
NPR и N3 обнаружили, что Министерство энергетики и лаборатория предоставили лицензию компании, которая дважды переносила производство за границу, несмотря на то, что контракт требовал, чтобы компания «значительно производила» батареи в США.
В письме Секретарю Министерства энергетики Дженнифер Грэнхолм, сенатор-республиканец от Флориды Марко Рубио запросил информацию и раскритиковал действия министерства.
«Слишком долго [Китай] захватывал жизненно важные технологии США с помощью незаконных средств и небрежности государственных органов…» — написал он.
Болдуин сказала, что она и ее коллеги сосредоточили внимание на новом законе в Министерстве внутренней безопасности, чтобы увидеть, какую реакцию он вызовет.
«Так много наших старых законов имеют огромные лазейки», — сказала она. «Есть много дополнительных действий, которые мы можем предпринять».
После сообщения NPR Министерство энергетики отозвало лицензию, выданную аккумуляторной компании, и начало внутреннее расследование. Ведомство публично не делилось своими выводами. В ответ на запрос NPR об публичных записях в соответствии с Законом о свободе информации официальные лица отправили 233 полностью отредактированных страницы — пару общедоступных документов и собственные электронные письма NPR.
Но, согласно веб-сайту E&E, который получил копию отчета, следователи обнаружили, что отдел и лаборатория не смогли должным образом контролировать лицензию. Они обнаружили, что частая текучесть кадров и неадекватное ведение записей не позволяли лаборатории отслеживать лицензию на батареи, несмотря на годы «несоблюдения требований».
«Несмотря на то, что в течение десятилетий существовали законы, призванные гарантировать использование этих патентов в Соединенных Штатах американским производством, к сожалению, они повсеместно игнорировались», — сказал Скотт Пол, президент Alliance for American Manufacturing, некоммерческая политическая группа.
Пол сказал, что федеральные агентства наконец пришли к идее защиты инвестиций американских налогоплательщиков. На протяжении десятилетий США теряли возможность производить некоторые из своих лучших открытий, таких как солнечные батареи, дроны, телекоммуникационное оборудование и полупроводники.
«Я оптимистично смотрю на перспективы производства», — сказал он. «Но мы должны прекратить совершать эти глупые, невынужденные ошибки, такие как передача нашей технологии компаниям, которые просто собираются производить в Китае».
Чиновники из энергетики не ответили на письменные вопросы NPR. Пресс-секретарь департамента Харизма Трояно сказала лишь, что не верит, что закон «имеет какое-либо отношение» к Министерству энергетики.
В июне 2021 года департамент ввел более строгие правила к закону 1984 года, который требует американского производства, за исключением особых обстоятельств. Но Пол сказал, что недавний закон Конгресса и возможные новые законы имеют больший вес.
“Мы слишком долго шли по пятам”, – сказал он. «Импульс политики связан с этими усилиями. Хорошо, что законодатели реагируют».
Пол сказал, что, по его мнению, двухпартийная поддержка дополнительных законов в Конгрессе приведет к открытию новых американских заводов в ближайшие несколько лет.
Кортни Флэтт, репортер Northwest News Network, внесла свой вклад в эту историю.
Сообщение спонсора
Стать спонсором NPR
Стэнфордский прорыв прокладывает путь к литий-металлическим батареям следующего поколения, которые заряжаются очень быстро
Литий-металлические батареи с твердыми электролитами представляют собой многообещающую технологию благодаря их легкому весу, негорючести, высокой плотности энергии и способности к быстрой перезарядке.
Однако их развитию мешала проблема короткого замыкания и выхода из строя. Ученые из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC утверждают, что разгадали эту загадку.
Новые литий-металлические батареи с твердыми электролитами легкие, легковоспламеняющиеся, содержат много энергии и могут быть перезаряжены очень быстро, но они медленно разрабатываются из-за таинственного короткого замыкания и выхода из строя. Теперь исследователи из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC говорят, что разгадали загадку.
Все сводится к стрессу, точнее механическому стрессу, особенно при мощной подзарядке.
«Просто незначительное вдавливание, сгибание или скручивание батарей может привести к открытию наноскопических трещин в материалах и попаданию лития в твердый электролит, что приведет к короткому замыканию», — объяснил старший автор Уильям Чуэ, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Инженерной школе, а также энергетических наук и инженерии в новой Стэнфордской школе устойчивого развития Дёрра.
«Даже пыль или другие примеси, попавшие в производство, могут вызвать достаточное напряжение, чтобы вызвать отказ», — сказал Чуэ, руководивший исследованием вместе с Венди Гу, доцентом кафедры машиностроения.
В этом исполнении художника показан один из зондов, изгибающийся от приложенного давления, вызывающий трещину в твердом электролите, заполненном литием. Справа зонд не прижимается к электролиту и литиевым пластинам на керамической поверхности, как хотелось бы. Кредит: Cube3D
Проблема выхода из строя твердых электролитов не нова, и многие изучали это явление. Существует множество теорий относительно того, что именно является причиной. Одни говорят, что виноват непреднамеренный поток электронов, другие указывают на химию. Третьи предполагают, что действуют разные силы.
В исследовании, опубликованном сегодня (30 января) в журнале Nature Energy , ведущие авторы Джефф МакКонохи, Синь Сюй и Тен Цуй в строгих, статистически значимых экспериментах объясняют, как наноразмерные дефекты и механическое напряжение вызывают отказ твердых электролитов.
. Ученые всего мира, пытающиеся разработать новые перезаряжаемые батареи с твердым электролитом, могут решить эту проблему или даже обратить открытие в свою пользу, как сейчас исследует большая часть этой команды из Стэнфорда. Энергоемкие, быстро заряжающиеся, негорючие литий-металлические батареи, которые работают долгое время, могут преодолеть основные барьеры на пути к широкому использованию электромобилей, среди множества других преимуществ.
Статистическая значимость
Многие из современных твердых электролитов являются керамическими. Они обеспечивают быструю транспортировку ионов лития и физически разделяют два электрода, хранящих энергию. Самое главное, они пожаробезопасны. Но, как и керамика в наших домах, на их поверхности могут образовываться крошечные трещины.
С помощью более чем 60 экспериментов исследователи продемонстрировали, что керамика часто пронизана наноскопическими трещинами, вмятинами и трещинами, многие из которых имеют ширину менее 20 нанометров.
(Толщина листа бумаги составляет около 100 000 нанометров.) Чуэ и его команда говорят, что во время быстрой зарядки эти врожденные трещины открываются, позволяя литию проникать внутрь.
Видео сканирующей электронной микроскопии, показывающее процесс нанесения литиевого покрытия на твердый электролит. Авторы и права: Xin Xu, Geoff McConohy и Wenfang Shi
В каждом эксперименте исследователи применяли электрический зонд к твердому электролиту, создавая миниатюрную батарею, и использовали электронный микроскоп для наблюдения за быстрой зарядкой в режиме реального времени. Впоследствии они использовали ионный пучок в качестве скальпеля, чтобы понять, почему литий собирается на поверхности керамики в некоторых местах по желанию, в то время как в других местах он начинает проникать все глубже и глубже, пока литий не образует мостиков через твердый электролит. , создавая короткое замыкание.
Разница в давлении. Когда электрический зонд просто касается поверхности электролита, литий красиво собирается на поверхности электролита, даже если батарея заряжается менее чем за одну минуту.
Однако, когда зонд вдавливается в керамический электролит, имитируя механические напряжения вдавливания, изгиба и скручивания, более вероятно, что в аккумуляторе произошло короткое замыкание.
Теория на практике
Реальная твердотельная батарея состоит из слоев катод-электролит-анод, уложенных друг на друга. Роль электролита состоит в том, чтобы физически отделить катод от анода, позволяя ионам лития свободно перемещаться между ними. Если катод и анод соприкасаются или каким-либо образом электрически соединены, например, через туннель из металлического лития, происходит короткое замыкание.
Как показывают Чуэ и его команда, даже незначительный изгиб, небольшой перекос или пылинка, попавшая между электролитом и литиевым анодом, вызовет незаметные щели.
«Учитывая возможность проникнуть в электролит, литий в конечном итоге проложит себе путь, соединяя катод и анод», — сказал МакКонохи, который в прошлом году защитил докторскую диссертацию, работая в лаборатории Чуэ, а сейчас работает в промышленности.
Ведущие авторы нового исследования Синь Ю, Тенг Цуй и Джефф МакКонохи (слева направо) сидят перед сфокусированным ионно-лучевым/сканирующим электронным микроскопом, который использовался для этого исследования. Кредит: Синь Сюй
По словам исследователей, новое понимание неоднократно демонстрировалось. Они записали процесс на видео с помощью сканирующих электронных микроскопов — тех самых микроскопов, которые не могли видеть зарождающиеся трещины в чистом непроверенном электролите.
Это немного похоже на то, как выглядит выбоина на идеальном дорожном покрытии, объяснил Сюй. Во время дождя и снега автомобильные шины забивают водой крошечные, уже существовавшие дефекты дорожного покрытия, образуя постоянно расширяющиеся трещины, которые со временем растут.
«Литий на самом деле мягкий материал, но, как и в случае с водой в аналогии с выбоиной, все, что требуется, — это давление, чтобы увеличить разрыв и вызвать отказ», — сказал Сюй, научный сотрудник лаборатории Чуэ.
Имея в руках свое новое понимание, команда Чуэ ищет способы намеренного использования тех же самых механических сил для повышения прочности материала во время производства, подобно тому, как кузнец отжигает лезвие во время производства. Они также ищут способы покрытия поверхности электролитом, чтобы предотвратить трещины или восстановить их, если они появятся.
«Все эти улучшения начинаются с одного вопроса: почему?», — сказал Цуй, научный сотрудник лаборатории Гу. «Мы инженеры. Самое важное, что мы можем сделать, это выяснить, почему что-то происходит. Как только мы это узнаем, мы сможем улучшить ситуацию».
Ссылка: «Механическое регулирование вероятности внедрения лития в твердые электролиты на основе граната» 30 января 2023 г., Nature Energy .
DOI: 10.1038/s41560-022-01186-4
Чуэ также является старшим научным сотрудником Precourt Institute for Energy в Стэнфорде и научным сотрудником SLAC. Соавторами исследования, не упомянутого выше, являются аспиранты Стэнфордского университета Эдвард Баркс, Санни Ванг и Эмма Каэли, а также докторант Селеста Меламед.
Добавить комментарий