Для чего в электрической батарее нужен электролит?



Электролит в электрической батарее выступает в роли катализатора, который позволяет движение ионов от катода к аноду при заряде и в обратном направлении при разряде. Ионы – это электрически заряженные атомы, которые лишились электрической нейтральности из-за потери или присоединения электрона. Электролит батареи может состоять из раствора солей, кислот или других веществ; а его форма может быть в виде жидкости, гелеобразной массы или сухого вещества. Электролит также входит в состав полимера, используемого в твердотельных батареях, твердотельно-керамических и батареях на основе расплавов соли.


Тяговые аккумуляторы Trojan (USA)

 

Flooded 6V Flooded 8V Flooded 12V
аккумуляторы для погрузчиков аккумуляторы для подъемников тяговые аккумуляторы 12 вольт
10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 600 циклов
для тяжелых условий работы с электромотрами в составе лодок, погрузчиков, подъемников, поломоечных машин и т.д.

1. Свинцово-кислотная электрохимическая система

В свинцово-кислотной электрохимической системе в качестве электролита используется серная кислота. Во время зарядки плотность содержания кислоты в электролите повышается одновременно с формированием оксида свинца на положительных пластинах, а при разряде процессы идут в обратном направлении. Плотность серной кислоты в электролите измеряется ареометром. (Смотрите BU-903: Как измерить степень заряженности электрической батареи). Свинцово-кислотные электрические батареи конструируются в затопленном и герметичном формате, также известном как VRLA или необслуживаемый.

Серная кислота – это бесцветная жидкость с желтоватым оттенком, легкорастворимая в воде и чрезвычайно коррозийная. Свинцово-кислотные батареи поставляются с различной плотностью электролита (SG). Батареи глубокого цикла используют плотный электролит с показателем SG 1,330 для достижения высокой удельной энергоемкости; у стартерных аккумуляторов этот показатель составляет 1,265, а у аккумуляторов для стационарного использования — 1,225 во избежание сильной коррозии и для увеличения времени службы.

Серная кислота имеет широкую область практического применения, к примеру, она входит в состав различных чистящих средств. Кроме того, она используется в промышленности для переработки минерального сырья, производства удобрений, нефтепереработке и т. д.

ВНИМАНИЕ! Серная кислота может привести к серьезному повреждению при контакте с кожей и к потере зрения при попадании в глаза. Попадание серной кислоты внутрь организма приводит к необратимым повреждениям.

2. Никель-кадмиевая электрохимическая система

В качестве электролита в никель-кадмиевых батареях используется щелочь - гидроксид калия. Большинство батарей этой электрохимической системы имеют цилиндрическую форму, в которой несколько слоев положительных и отрицательных материалов расположены в виде смотанного рулона. Затопленные версии NiCd используются в космической отрасли и в качестве источников электропитания в горячих и холодных климатических условиях, где требуется высокая интенсивность циклической работы. NiCd дороже свинцово-кислотных, но и срок их службы значительно больше.


Тяговые аккумуляторы Torjan (USA)

 

Dual Purpose Industrial Line Premium Line
тягово-стартерный аккумулятор промышленные аккумуляторы аккумуляторы с жидким электролитом
10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 1200 циклов 10 - 12 лет / 1200 циклов
тягово-стартерный универсальная серия на базе уникальной технологии Smart Carbon 

3. Никель-металл-гидридная электрохимическая система

NiMH использует электролит, аналогичный никель-кадмиевой электрохимической системе, это, как правило, щелочной гидроксид калия. Электроды NiMH батарей имеют уникальный состав, состоящий из никеля, кобальта, марганца, алюминия и редкоземельных металлов (которые также используются при создании литий-ионных аккумуляторов). NiMH доступна только герметичном формате.

Гидроксид калия представляет собой неорганическое соединение с химической формулой КОН, чаще его называют едкое кали. Этот электролит бесцветен и имеет широкое промышленное применение, например, он входит в состав мягких и жидких мыл. КОН вреден при попадании в организм.

4. Литий-ионная электрохимическая система

В литий-ионной электрохимической системе электролит может быть в форме жидкости, гелеобразного вещества или сухого полимера. Жидкая версия представляет собой раствор солей лития с использованием органических растворителей, подобных этиленкарбонату. Смешивание растворов с различными карбонатами обеспечивает более высокую проводимость и расширяет диапазон рабочих температур. В растворитель могут быть добавлены и другие соли, позволяющие уменьшить газообразование и улучшить циклические характеристики.

Li-ion с гелеобразным электролитом также использует множество примесей для улучшения проводимости. Следует различать литий-ионную электрохимическую систему с полимерным электролитом от литий-полимерной электрохимической системы. Отличительной особенностью последней является необходимость нагрева всей батареи для приобретения полимером проводящих свойств. Такие батареи сегодня имеют весьма ограниченное коммерческое использование.

Электролит должен быть стабильным, но только не в случае с Li-ion. Он может принимать форму пленки, обволакивающей анод, - этот эффект называется твердый электролит (Solid Electrolyte Interface - SEI). Это слой пленки отделяет анод от катода, но позволяет протекать ионам - также, как и сепаратор. По существу, без формирования слоя SEI, батарея не начнет работать. Этот слой стабилизирует систему и дает Li-ion долгую жизнь, но приводит и к недостатку - снижению пропускной способности ионов. Также происходит окисление катода, которое приводит к постоянному снижению емкости. (Смотрите также BU-701: Как обеспечить долгую службу аккумуляторной батарее).

Чтобы ограничить негативное влияние образования таких пленок, в электролит добавляются специальные примеси, которые влияют на образование твердого электролита SEI. Состав этих примесей составляет коммерческую тайну фирм производителей литий-ионных электрических батарей.

Одной из известных примесей является винилен карбонат. Это химическое вещество улучшает показатели циклической работы литий-ионных аккумуляторов, особенно при высоких температурах, и сохраняет низкое внутреннее сопротивление в течение всего срока жизни аккумулятора. Винилен карбонат также обеспечивает образование стабильной SEI пленки на аноде без каких-либо вредных побочных эффектов по типу окисления катода. Вообще, производителями в последнее время был сделан большой прорыв в использовании примесей, и говорят, что в этом направлении они даже опережают научное сообщество. (Смотрите также BU-808b: В чем причина конечного времени работы литий-ионных аккумуляторов.)

Последнее обновление 2016-03-06


Контроль и защита аккумуляторов

 

Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Батарейный балансир
Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Стабилизатор тока заряда аккумулятора
контроль более 25 параметров, история и синхронизация защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения


Рейтинг и отзывы: 1 1 1 1 1 3/5 на основе 2 голосов