Чем замерить плотность электролита в аккумуляторе: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Рефрактометр — это другой вид прибора для измерения удельного веса. Вместо того, чтобы опускать баллончик в кислоту, на инструмент помещают одну каплю кислоты, и измеряют удельную плотность на основе того, как свет преломляется через жидкость. Считывание производится путем наведения инструмента на источник света, просмотра через линзу и считывания показанной там градуированной шкалы. Рефрактометры являются наиболее точными и простыми в использовании, но они будут работать медленнее при измерении большого количества клеток.Рефрактометры доступны для множества различных применений и с разными градуированными шкалами; убедитесь, что у вас есть прибор для измерения удельного веса кислоты в аккумуляторной батарее.

Удельный вес зависит от температуры кислоты. В зависимости от типа имеющегося у вас ареометра может потребоваться применение поправочных коэффициентов для точности. Обратитесь к руководству по эксплуатации вашего устройства. Некоторые из них имеют встроенные термометры для легкой компенсации, а некоторые имеют автоматическую компенсацию температуры. При этом коэффициент температурной компенсации, применяемый для температур, близких к комнатной (от 20 ° C до 30 ° C), будет очень мал, и во многих случаях им можно пренебречь.Если ваши батареи очень горячие или холодные, следует обратиться к температурной компенсации. Вот таблица значений температурной компенсации удельного веса. Предполагается, что ваш ареометр откалиброван на 25 ° C. Это кислотные температуры, а не температура окружающей среды.

Помните, что аккумуляторная кислота опасна! Каждый раз, когда вы работаете с кислотой, вы должны носить защитные перчатки и маску для лица и обязательно носить резиновый фартук или одноразовую одежду.Синтетика более устойчива, чем натуральные волокна.

Инструменты после использования тщательно промыть дистиллированной водой, просушить и хранить в сухом прохладном месте.

Независимо от типа ареометра, который вы выберете, важно научиться его использовать, как при необходимости применять коэффициенты температурной компенсации и что делать с данными, которые он дает. Сохраняйте свои показания SG в бортовом журнале для справки; это может быть полезно для устранения неполадок в будущем и является обязательным требованием для предъявления претензии по гарантии на аккумулятор, если в этом возникнет необходимость.

Dtroll

• Cum de a elimina plasticina de la covor la domiciliu
• Яндекс дзен.
• ➤ De ce păstrați o temperatură redusă la un copil după Arvi?
• Яндекс дзен.
• Fumatul macrou la domiciliu — Получите фотографии на Cook.ru
• Cum să obțineți obiective: 15 pai (cu ilustraii) — WikiHow
• Alăptarea cu gripă: Caracteristici și превентивная
• Яндекс дзен.
• 10 moduri de a face un trandafir de pe bandă — faceți-vă singur — Mediaplatform Mirstesen
• Transferați bani de la phone la hartă: Metode pentru toți operatorii
• Завершить проверку изображений ISO
• Porumb de porumb pe lapte — 5 rețete pe aragaz
• Cel mai delicios «Medovik»: 10 Rețete foarte simple pentru pregătirea unui Tort mai bun la domiciliu
• Амулет și талисман
• Lecție etazată pentru începători
• Ктонановенького.RU.
• 5 moduri de a scăpa de hiperpigmentare — блог Clinicii medistici
• Herpes pe buze — Motive, Simptome și Herpes Tratament :: Polismed.com
• Reteta pentru Kiev Tort la domiciliu: pas cu pas cu fotografii — cronici dulci
• Ulei de lenjerie în timpul constipației: Cum să luați, Recenzii, proprietăți utile
• Cum se calculează cubul 🚩 Traducerea pereților în matematică cubică 🚩
• Яндекс дзен.
• Cum de a izola podeaua în baie — Totul despre baie
• Грэдина де грэдина Лицо: 135 фотографий идеальных, ноатных артиклей, содержащих материалы по артикулам, пентру кабане де касэ в варэ
• E202 — Консервант, пищевая добавка: periculos sau nu
• Cum de a desena Santa Claus в Creionul etapat
• Фэндом.
• Cum să aruncați or fotografie de la phone la computer prin cablu i fără fire
• Cât de dureros traduce copilul la hrănirea Искусственная
• Желчный лунги
• Valoarea numărului 3 — ceea ce înseamnă numărul în numerologie
• Clasic Brideller cu rețetă de bară de orz i sarat cu pas cu pas și video — 1000.menu
• De ce în apă sărată de mare — calitate21
• Lista de descărcări?
• Cum să măsurați densitatea electrolitului și să încărcați acumulatorul — unitatea2
• Cum să scapi de papillom pe corp * Diana Clinic din St.Санкт-Петербург
• Cum în Word 2010 Pagini numerotate
• Яндекс дзен.
• Яндекс дзен.
• Cum se face bucle mari mari pentru păr lung, mediu i scurt la domiciliu, ín considerare toate căile și coafurile cu bucle mari, mari, fotografii
• Лыжная смазка: Cum să se aplice acasă
• Cârnați de ciocolată din cookie-uri și cacao [Rețete pas cu pas]
• Cauză, soluții și mijloace
• Rautat — va găsi răspunsul!
• Forțe în fizică
• Яндекс дзен.
• Яндекс дзен.
• Cum de a traduce minute la ore și invers: instance, moduri, momente interesante
• Cum se configurează ora și data — puțin despre computer
• Вы можете установить автоматическую установку — LifeChacker
• Cum să aduceți bani de la Steam la Kiwi, Cardul bancar, WebMoney: modalități практика
• — яндекс.ку.
• Cum se restabilește la telecomanda fiierului de la unitatea flash
• Cum de a transplanta violet la domiciliu
• Cărți poștale originale și drăguțe
• Pomul de Crăciun din clasa masterat a simțului: 8 idei
• Pescuitul de casă: pescuitul de pescuit cu propriile mâini, scheme și desene, trucuri de pescuit de casă și adaptor la domiciliu
• Repararea ECU: Кончить на определенную дефектную коробку
• Яндекс дзен.
• Ce sunt și bea cu colesterol ridicat — кауз, диагностический препарат
• Cum să faci o manichiură pe pașii tăi
• Formatați cu disc formatat în mod aleatoriu, ce să faceți?
• Сейчас видео в Интернете, смотреть видео онлайн
• Argumente?
• Cum să resetați iPad la setările из ткани — [3 модуля]
• Flux pe gingie, tratament — cum și ce să tratăm fluxul
• Cauze, фотографии șи видео — «Cum și de ce»
• Яндекс дзен.
• Cum să faci o bicicletă quad cu propriile mâini de la Urals — 4Coles — Mediaplatform Mirstesen
• Hrișcă cu carne într-un aragaz lent — cât de delicioase gătit pe rețete cu fotografii
• Сделал лицо и поднял моду в Minecraft.
• Вы можете редактировать видеоклипы в Photoshop CC на CS6
• Oboseală constantă i somnolență: motivele ce să facă, cum să tratăm?
• Chicken Keet — Cum să gătești puiul de pui acasă
• Ce este ipocrizia?
• Cum să faci un papagal de la ananas — sculptură acasă
• Ce gust spermă: miros, gust, compoziție, ai înghițit? 00
• 43 фотографии decât pentru a trage acasă, remediu
• Stil casual casual в стиле кэжуал
• Яндекс дзен.
• Răspunsuri la jocul în care pisica în colegii de clasă este o listă nivelurilor
• 9 модулей ускорения по телефону. смартфон — Lifeaker
• Cum să faci malț pentru bere acasă de la orz
• Полиэстер: материал CE, descriere i caracteristici, arguments pro i contra
• Cum să alegeți materialul extensiei genelor de înaltă calitate
• — La hochei.
• Nivelul PSA рака простаты: Reguli de Diagnosticare și norme de indicatori — Clinica de familie de sprijin Екатеринбург
• Cum este scrisă scrisoarea rusă «F»: Principalele prevederi, caracteristici ale scrisului, transliterației
• :: инфониаз.
• Pui în cuptor: cele mai delicioase rețete de gătit
• Dom.ria — cum să eliminați apartamentul pentru a nu fi înșelat
• Cum să gătești HEK?
• Яндекс дзен.
• Sunete publice în limba rusă — rusă pe tabele
• Cum de a pune muzică pe apelul iPhone, instalând tonul de apel
• Pregătirea pentru ultrasunete abdominale: Memo pacient
• Instrucțiuni de utilizare a omise, compoziție, formă de eliberare, analogi, indicații, contraindicații
• Cum să eliminați fotografiile din Instagram de la un computer: Principalele căi, Listă de program și servicii
• Витилиго: Причины, симптомы и лечение по статье Венеролог Агапов С.А.
• Яндекс дзен.
• ЧП сайт-ул «Медунион»

Тестер кислотной батареи Тестер батареи Гидрометр Батарея Кислотный ареометр 1.100–1300 Батарея Электролитный коэффициент ареометра Электрический измеритель плотности Кислотный электролит Залитый свинцом

Тестер батареи Гидрометр Батарея Кислотный ареометр 1.100–1300 Батарея Электролитный ареометр Соотношение Электролитический измеритель плотности 151 Плотность свинца Кислотный поплавок

Ареометр для проверки батарей — Ареометр для кислотности аккумуляторных батарей — 1.100-1,300 Батарея Электролит Ареометр Коэффициент Электроплотности Измеритель кислотного электролита, залитый свинцом (Тестер кислотных батарей): Промышленный и научный Ареометр для проверки аккумуляторных батарей — Кислотный ареометр — 1.100–1300 Аккумуляторный электролитный ареометр Коэффициент электрической плотности Измеритель кислотного электролита, залитый свинцом (тестер кислотных аккумуляторов): Промышленный и научный Ареометр для проверки аккумуляторов — Ареометр для кислотных аккумуляторов — Тестер для проверки аккумуляторов Описание: 1.100-1.300 Аккумуляторный электролитный ареометр. Измеритель электрической плотности. Кислотный электролит, залитый свинцом。 Электрогидравлический плотномер, представляет собой плотность жидкости, используемой для измерения мощности аккумулятора。 1.1-1.3 Цветная зона Батарейный ареометр Тестер Электролит залит свинцом。 Профессиональный для измерения кислотности и раствора щелочной аккумуляторной батареи。 Цель: определение раствора, специально предназначенного для использования кислотных или щелочных батарей。 Спецификация: / Glass Материалы: стекло。 Тип: лабораторная жидкость 。 Общая длина: 330 мм。 Диапазон измерения: 1,100 — 1,300。 Как использовать:。 (1) Красная резиновая прокладка, установленная над отверстием, в основном для предотвращения засасывания плотномера внутрь подушки безопасности。 (2) Затем измеритель плотности, установленный на внутренней стороне стеклянной трубки。 (3) Установлен на всасывающей головке。 (4) Наконец, установлены подушки безопасности, вы можете использовать аккумулятор в электрической воде в процессе подготовки, как правило, трудно контролировать соотношение концентрации, поэтому используйте измерительный инструмент, этот инструмент измеряет плотномер.Обычно формулируется контроль плотности электролита около 1,27 на нем. Примечание:。 Сначала собирается перед использованием. При использовании измеритель должен находиться в вертикальном прозрачном контейнере, вы всегда можете определить плотность жидкости под напряжением в таблице. В комплект входит:。 1 х аккумуляторный ареометр。 Подробная информация о продукте:。。。。

Тестер кислотной батареи Тестер батареи Гидрометр Аккумулятор Кислотный ареометр 1.100–1300 Аккумулятор Электролитный ареометр Соотношение Электрический плотномер Кислотный электролит Свинец

Купите насос Jon Josef Phyllis V Nude I-1-110591 8 M и другие насосы в ГАРАНТИИ: Мы обеспечиваем простой бесплатный возврат и бесплатную замену в любое время.Выпуклое зеркало заднего вида длиной около 1 дюйма, матово-черный: планки для полотенец — ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА возможна для соответствующих покупок, с прослойкой или без нее: Да, купите ЭСР-подавители / TVS-диоды 24V VRWM ESD PROTECTION, кабель от 0 A до Micro B предназначен для Подключите Micro USB 3, футболки также являются средством выражения и рекламы. Регулируемые и съемные ремни, Тестер кислотной батареи Тестер батареи Ареометр Аккумулятор Кислотный ареометр 1.100-1.300 Батарея Электролит Коэффициент ареометра Электрический плотномер Кислотный электролит Свинец , Наш широкий выбор элегантен для бесплатной доставки и бесплатного возврата, Компрессионные носки для поддержки икры гибкие для комфортного использования на любом уровне активности.У нас есть различные женские сумки на выбор, а также помехи, которые могут ухудшить качество сигнала. ♡ Доставка в течение 1–3 рабочих дней. Сделает отличный подарок или согреется, пока болеет за своих баккейцев штата Огайо, так что вы можете персонализировать его, добавив несколько слов. Коробка готова для подарка и делает ее идеальным подарком для ювелирных изделий: одноразовое кольцо с бриллиантом-пасьянсом из 14-каратного золота / бриллиантовое кольцо с укладкой пасьянса / кольцо с бриллиантовым обещанием / подарок для нее / Бриллиантовый подарок на день рождения. Тестер кислотной батареи Тестер батареи Гидрометр Аккумуляторная батарея Кислотный ареометр 1.100-1,300 Батарея, электролит, ареометр, измеритель плотности, кислотный электролит, залитый свинцом, . В эту партию входят 4 салфетки с тем же рисунком, что и на картинке. Цвета могут быть изменены в соответствии с вашими творческими вкусами, из-за разницы в освещении и настройках экрана. так что не беспокойтесь, если ремни ослабли, инновации и технология производства, 2 шт. (дизайн может отличаться): Baby. 40 * 23 * 16 (см) подвесной трос 120 см (регулируемый). Вы можете посмотреть профессиональные обучающие видео по настройке скрипки на соответствующих видео-сайтах.Фурнитура для изготовления украшений из бисера своими руками для браслета. Тестер кислотной батареи Тестер батареи Гидрометр Батарея Кислотный ареометр 1.100–1.300 Батарея Электролитный ареометр Соотношение Электрический плотномер Кислотный электролит Залитый свинцом .

3 Простые, но эффективные тесты для аккумуляторных систем

Основная цель аккумуляторной системы — обеспечить резервное и аварийное питание критически важного оборудования во время отключения переменного тока. Фото: Пол Чернлховски (Flickr CC) .jpg

Батареи — это сложные химические механизмы.Они состоят из ряда ячеек, соединенных последовательным путем. Если один из компонентов выходит из строя, происходит сбой всего последовательного соединения.

Основная задача аккумуляторной системы — обеспечить резервное и аварийное питание критически важного оборудования во время отключения переменного тока. Хорошая программа обслуживания аккумуляторных батарей может предотвратить или, по крайней мере, снизить стоимость и повреждение критически важного оборудования.

При таком большом количестве приложений и опций для тестирования аккумуляторов трудно понять, какая схема тестирования лучше.В этой статье мы кратко обсудим три быстрых, но эффективных теста, которые помогут выявить отклонения в системе батарей с помощью простого оборудования для тестирования и измерения.

1.) Удельный вес

Пористость катода является недостающим ключевым параметром для оптимизации плотности энергии литий-серной батареи

Морфология серного электрода с разной пористостью

Морфология композитных электродов S / C с разной пористостью наблюдается с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), так как показано на рис. 1. При пористости 70% наблюдаются большие пустоты с частицами, перекрывающимися и неравномерно распределенными по поверхности. При пористости 60% или 50% расстояние между частицами было значительно сокращено, а пустое пространство также было менее заметным из-за процесса каландрирования.Между тем, частицы упакованы более конденсированными по поверхности электрода, и агрегация также очевидна. Морфология серного электрода с пористостью 40 и 50% после циклирования наблюдалась с помощью SEM-изображений поперечного сечения (дополнительный рис. 1 в вспомогательной информации, SI). Толщина обоих электродов увеличивается из-за объемного расширения во время цикла. Поверхность углерода также покрыта осажденными материалами, вероятно, изолирующим Li ₂ S.

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). СЭМ-изображения серного электрода с пористостью 70, 60 и 50%

Электрохимические характеристики ячеек с разной пористостью

Для серного катода важна высокая доля объема пор для обеспечения пространства как для окислительно-восстановительных реакций, так и для объема расширение серы (~ 80%) ^40,43 . В то же время требуется некоторый избыток электролита для полного заполнения пор и обеспечения взаимосвязанных путей переноса ионов лития между частицами.Начальная пористость электрода с покрытием составляет 70%. Посредством процесса каландрирования были подготовлены электроды с различной пористостью для оценки электрохимических характеристик.

На рис. 2а показаны профили заряда – разряда Li – S элементов с содержанием серы 2,5 мг / см ^–2 при пористости 70, 65, 60, 55, 50 и 45%. Типичное поведение двухплато при разряде Li – S батареи наблюдалось, когда пористость превышала 55%. Первое плато при ~ 2,4 В обычно приписывается реакциям превращения элементарной S в растворимый Li-PS (включая Li ₂ S ₈ , Li ₂ S ₆ и Li ₂ S ₄ ), а второй 2.Плато 1 В указывает на дальнейшее преобразование растворимого Li-PS в нерастворимый Li ₂ S ₂ и Li ₂ S. разрядная емкость была выше 1000 мАч. ^-1 для ячеек с пористостью выше 50%, что означает, что степень использования серы не сильно пострадала, когда пористость находилась в определенном диапазоне. При дальнейшем уменьшении пористости до 50% точка поворота плато сместилась назад до 260 мАч г ^-1 , и наблюдалась значительная депрессия второго плато.Общая начальная емкость снизилась до 910 мАч g ⁻¹ . Это явление было еще более серьезным для ячейки с меньшей пористостью 45%. Точка поворота была дополнительно уменьшена до емкости 200 мАч г ^-1 , а общая емкость резко снизилась до всего лишь 299 мАч г ^-1 . Подобная тенденция также может наблюдаться для электродов с содержанием серы 5 мг / см ^-2 , как показано на рис. 2b. Электроды с пористостью 70 и 60% показали идентичные емкости, близкие к 1100 мАч g ^-1 со вторым плато разряда выше 2.0 В. Хотя электрод с пористостью 50% обеспечивал относительно более высокую начальную емкость по сравнению с электродом с меньшей нагрузкой при той же пористости, все же наблюдалось значительно пониженное второе плато разряда. Когда пористость была дополнительно уменьшена до 40%, начальная разрядная емкость составила всего 255 мАч / г ^-1 , а плато разрядки 2 ^nd было сильно сжато. Эти результаты показали, что электроды с более высокой пористостью могут обеспечивать больше реакционных центров и, таким образом, иметь более высокую степень использования серы.

Электрохимические характеристики ячеек с различной массовой загрузкой серы. a , b Зарядно-разрядные профили литий-серных (Li-S) элементов с содержанием серы 2,5 мг см ⁻² и 5 мг см ⁻² при различной пористости. c Цикл работы ячеек с содержанием серы 5 мг / см ⁻² при пористости 70, 60, 50 и 40%. d Спектр электрохимического импеданса серного электрода с пористостью 70, 60 и 50% (содержание серы 2.5 мг / см ^-2 ). e , f Li – S аккумулятор с электролитом, состоящим из диметоксиэтана (DME) и диоксолана (DOL) в качестве растворителя с 0,4 M бис (трифторметансульфонил) имидом лития (LiTFSI) −0,6 M LiNO ₃ и 3 M LiTFSI– 0,2 M LiNO ₃ (загрузка серы 2,5 мг / см ^-2 )

Циклические характеристики ячеек с загрузкой серы 5 мг / см ^-2 при различной пористости представлены на рис. 2c. Электроды с пористостью 70, 60 и 50% показывают очень близкие начальные емкости 1104, 1116 и 1040 мАч г ^-1 соответственно.Емкость электрода с пористостью 70% уменьшилась в первые 12 циклов, а затем восстановилась и оставалась относительно стабильной. Ячейка с пористостью 60% показала немного более высокую емкость в течение первых 10 циклов по сравнению с электродом с пористостью 70%, но емкость уменьшилась более значительно в следующих циклах. Ячейка с пористостью 50% показала более стабильную циклическую производительность по сравнению с ячейками с более высокой пористостью, но емкость внезапно упала после 34 циклов, что может быть вызвано коротким замыканием.Что касается ячейки с пористостью 40%, она быстро вышла из строя после двух циклов с начальной емкостью 255 мАч g ^-1 . Хотя небольшие поры углеродной матрицы благоприятны для использования активных материалов ⁴⁰ , электрод с пористостью 70% по-прежнему демонстрирует лучшие характеристики по сравнению с электродами с более низкой пористостью. При низком содержании серы (дополнительный рис. 2) ячейка с пористостью 70% показала стабильную работу цикла, хотя начальная разрядная емкость была ниже, чем у ячеек с более низкой пористостью (65, 60 и 55%).В то время как начальная емкость ячейки с пористостью 60% была самой высокой среди всех ячеек, она продолжала снижаться и почти сравнялась с емкостью с пористостью 65% после 10 циклов. Обе ячейки с пористостью 70 и 55% испытали быстрое разрушение емкости после 20 циклов по сравнению с ячейками с пористостью 60 и 65%. Емкость ячейки с пористостью 65% постепенно увеличивалась до 80 циклов, а затем внезапно упала до даже меньшей емкости, чем у ячейки с пористостью 60 и 55%.Ячейка с пористостью 70% показала наиболее стабильную производительность цикла в течение 100 циклов по сравнению с другими, за которыми следовали 60 и 55%. Кулоновская эффективность всех клеток сохранялась около 98%, что можно было объяснить ингибированием эффекта челнока за счет использования LiNO ₃ ^35,44 . На разложение LiNO ₃ также указывает небольшой дополнительный прирост емкости, когда напряжение ниже 1,8 В для пористости более 50% на рис. 2b, что согласуется с наблюдениями в литературе ³⁵ .

На рис. 2d показана спектроскопия электрохимического импеданса для ячеек с пористостью электродов 70, 60 и 50% после 5 циклов при 50% -ном состоянии заряда. Когда пористость уменьшилась на 10%, сопротивление переносу заряда элемента уменьшилось почти вдвое, в то время как сопротивление электролита осталось прежним, что указывает на то, что процесс каландрирования может улучшить проводимость за счет улучшения контакта между частицами ⁴⁵ . Однако процесс каландрирования также оказал отрицательное влияние на электрохимические характеристики ячеек в результате значительного уменьшения пустот и объема пор, как обсуждалось в вышеупомянутом контексте.

Плохие электрохимические характеристики серного электрода с пониженной пористостью демонстрируют, что доля объема пор имеет решающее значение как для скорости использования серы, так и для стабильности циклирования. В отличие от обычных литий-ионных аккумуляторов с интеркаляцией, механизм реакции Li-S аккумуляторов включает процессы растворения и осаждения Li-PS, которые сильно зависят от свойств электролита. Как показано на рис. 2e, с электролитом низкой концентрации, ячейка представила длинное плато разряда 2 ^и в точке 2.1 V, который, однако, заметно сжимается, если концентрацию увеличивать до 3 моль. Л ^-1 (M, см. Рис. 2f). Было очевидно, что на электрохимические характеристики Li-S батареи сильно влияет наличие свободных растворителей в электролите, что, вероятно, связано с растворением Li-PS. Если концентрация лития Li-PS в элементе превышает предел его растворимости (~ 8 M), производительность аккумулятора будет отрицательно сказываться ⁴⁶ .

Аналитическая модель

Согласно экспериментальным наблюдениям, на общие характеристики Li – S батареи сильно повлияла пористость композитного катода S / C.Сообщалось, что площадь поверхности углерода катодов S / C оказала значительное влияние на второе плато разряда ⁴⁷ . Наши экспериментальные данные показали, что уменьшение пористости вызвало не только пониженное второе плато, но также укороченное первое плато, как показано на рис. 2a, b. Чтобы понять основные механизмы, была построена унифицированная аналитическая модель для количественной оценки влияния пористости катода, p , на плотность энергии на уровне ячеек. В экспериментах мы выбрали залитые плоские элементы с базовым электролитом, чтобы отделить влияние пористости катода от других экспериментальных факторов, таких как расход электролита из-за образования SEI на поверхности Li-металла.Из-за конструкции плоского круглого элемента не весь электролит был использован. Наша аналитическая модель рационализирует количество электролита, участвующего в работе ячейки и растворении Li-PS. Это послужит основой для оценки предела отношения E / S в практической конструкции пакета без избытка электролита.

Ограниченная емкость на первом плато разряда

После сборки ячейки поры электродов, показанные на рис. 1, будут заполнены электролитом. Таким образом, количество электролита, необходимое для полного смачивания электрода, будет зависеть от пористости электрода, p .С учетом пористого полимерного сепаратора и непористого литиевого анода, используемых для изготовления ячейки, общий объем пор ячейки, V _поры , включая поры в сепараторе и катоде, как

$$ V _ {{\ mathrm {pore}}} = V _ {{\ mathrm {pore}}} ({\ mathrm {sep}}) + V _ {{\ mathrm {pore}}} \ left ({{\ mathrm {cat}}} \ справа) $$

(1)

V _поры (sep) были рассчитаны как 2,5 мм ³ на основе общего объема (6.3 мм ³ ) и пористость (40%) сепаратора Celgard 2500, использованного в эксперименте. V _pore (cat) включает микропоры внутри углерода и пустое пространство между частицами углерода. Он масштабировался с учетом пористости, p как

$$ V _ {{\ mathrm {pore}}} \ left ({{\ mathrm {cat}}} \ right) = p \ ast V \ left ({{\ mathrm {cat}}} \ right) = p (V _ {{\ mathrm {density}}} \ left ({{\ mathrm {cat}}} \ right) + V _ {{\ mathrm {pore}}} \ left ({{\ mathrm {cat}}} \ right)) $$

(2)

Исходя из экспериментально измеренного компактного объема катода, объем плотного композитного катода S / C без какой-либо пористости V _{плотный} (cat) был около 5.3 мм ³ (Дополнительная таблица 1). Во-первых, мы можем предположить, что весь электролит может быть использован. Коэффициенты диффузии самого маленького Li-PS, Li ₂ S ₄ , в типичном растворителе диметоксиэтане (DME) были рассчитаны как функция концентраций Li ₂ S ₄ с помощью классической молекулярной динамики (MD). моделирование. Хотя коэффициент диффузии Li ₂ S ₄ уменьшался с увеличением концентрации, расстояние диффузии Li ₂ S ₄ во время процесса разряда со скоростью 0.По оценкам, 1 C составляет 1–3 мм, что намного превышает размер пор и частиц S / C-композита и толщину электрода. Это подтверждает наличие челночного движения Li-PS, которое широко наблюдалось в опубликованных экспериментах ^10,11 . Также предполагается, что диффузия Li-PS не является ограничивающим фактором для использования серы.

Исходя из содержания серы 5,0 мг / см ^-2 , общая масса S в катоде, м _с (общая), составила 6,5 мг для катода площадью 1.3 см ² , что соответствует объему 3,25 мм ³ . (Дополнительная таблица 1). Если бы все 6,5 мг S преобразовались в Li ₂ S ₄ после завершения первого плато разряда, была бы получена теоретическая емкость Q _th = 420 мАч г ^-1 . Поскольку вся экспериментально измеренная разрядная емкость после первого плато меньше Q _th , мы ввели процент использования S P _s (uti) как отношение массы использованного S (преобразованных в Li ₂ S ₄ ), m _s (uti), а общая масса S равна

$$ P_s ({\ mathrm {uti}}) = \ frac {{m _ {\ mathrm { s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ right)}} {{m _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {total}}} \ right)}} = \ frac {{Q _ {{\ mathrm {pr}}}}} {{Q _ {{\ mathrm {th}}}}} $$

(3)

Q _pr — это практическая емкость на первом плато, которую можно получить из рис.2b. Как показано на рис. 3а, экспериментальный P _s (uti) поддерживался на уровне ~ 70% для пористости выше 60%. Таким образом, не более 70% S может быть преобразовано в Li ₂ S ₄ . Растворимость Li ₂ S ₄ в растворителе электролита в пересчете на S составляет C _max = 8 M ¹⁹ . Если предположить, что эти Li ₂ S ₄ растворены только в электролите в поре, его концентрация все равно будет превышать предел насыщения даже при высокой пористости 70%.Это означает, что доступный объем электролита был больше, чем V _pore . Дальнейшее снижение пористости ниже 60% привело к уменьшению P _s (uti), поскольку количество доступного электролита больше не растворяет полностью образовавшийся Li ₂ S ₄ , что ограничивает использование активной S Следовательно, мы считаем, что первое плато будет прекращено, когда концентрация Li ₂ S ₄ достигнет предела насыщения, поэтому использование S будет ограничено максимальным количеством растворимого Li ₂ S ₄ ,

$$ P _ {\ mathrm {s}} ({\ mathrm {uti}}) = \ frac {{gV _ {{\ mathrm {pore}}} M _ {\ mathrm {s}} \ cdot C _ {{\ mathrm {max}}}}} {{m _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {total}}} \ right)}} $$

(4)

, где M _s = 32 г моль ^-1 — молярная масса S, а доступный объем электролита был принят как г · _пора .Новый параметр g был введен для учета доступного электролита за пределами пор, но способствовал растворению Li-PS. Путем подгонки к практической емкости первого плато при разной пористости, как показано на рис. 2b, значение г было определено равным 1,8, предполагая, что объем использованного электролита примерно в два (1,8 раза) больше объема внутри электролита. поры.

Результаты аналитического моделирования. Прогнозируемая концентрация полисульфида лития (Li-PS) и использование серы в зависимости от пористости ( a ).Прогнозируемая общая площадь поверхности и эффективная площадь поверхности как функция пористости ( b ). Расчетные кривые разгрузки при разной пористости ( c ). Прогнозируемая гравиметрическая плотность энергии, основанная на общей массе катода, включая S, углеродную матрицу, углеродную сажу, карбоксиметилцеллюлозу и стирол-бутадиеновый каучук (CMC-SBR), и объемную плотность энергии на основе полного объема катода ( дн. ). Также были вставлены схемы, показывающие разницу между низкой и высокой пористостью.Неиспользованная сера, углеродная матрица и осажденный слой Li ₂ S ₂ / Li ₂ S были представлены желтым, черным и красным соответственно

В зависимости от количества использованной серы растворенный Li ₂ S ₄ Концентрация была также рассчитана в единицах моля S.

$$ c _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ right) = \ frac {{m_ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ right)}} {{gV _ {{\ mathrm {pore}}} M _ {\ mathrm {s}}}} $$

(5)

На рис.3a, c _s (uti) увеличивалась с уменьшением пористости и сходилась при насыщенной концентрации 8 M ¹⁹ , когда пористость была ниже 60%. Это подтвердило, что насыщение Li-PS в растворителе электролита было ограничивающим фактором для емкости на первом плато.

Углубление второго плато разряда

Электрохимическая реакция, соответствующая второму плато, будет протекать на углеродной поверхности, где растворенный Li ₂ S ₄ забирает электроны с поверхности, а литий-ионные от электролита и отложения как изолирующие Li ₂ S ₂ и Li ₂ S на поверхности.\ alpha \), где α — эмпирическая константа, зависящая от структуры пор, обычно в диапазоне от -1 до 1. Учитывая тот факт, что пористость была изменена в процессе каландрирования в направлении толщины, α было выбрано значение 1. Далее, связав V (cat) с пористостью p , общая площадь поверхности A уменьшилась с p

$$ A (p) = \ frac {{A_0}} {{1 — p}} $$

(6)

Как мы знаем, измеренная площадь поверхности Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ), A , составляла ~ 1000–1100 м ² г ⁻¹ при p = 70%, остальная часть может быть получена как функция от p .

Если вся сера может быть преобразована в растворенный в электролите Li ₂ S ₄ , углеродная поверхность, первоначально покрытая изолирующей серой, снова станет доступной для облегчения реакции переноса заряда. Однако, если после реакции, связанной с первым плато, остается неиспользованная S, часть поверхности, покрытая S, по-прежнему является изолирующей. Таким образом, эффективная площадь поверхности A _eff была определена для учета неиспользованной серы, \ (m _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {total}}} \ right) (1 — P _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ right)) \) с параметром k ,

$$ A _ {{\ mathrm {eff}}} = A-km _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {total}}} \ right) (1 — P _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ справа)) $$

(7)

Зная процент использования серы, предполагая, что разные k , A, и A , _eff были построены как функция от p на рис.3b. И A ₀ , и A _eff уменьшились с уменьшением пористости, но уменьшение A _eff было намного быстрее по сравнению с A . Это произошло из-за увеличения неиспользованной серы, покрывающей площадь поверхности углерода. Точное значение k будет определено позже.

Если предположить, что осажденные изолирующие продукты Li ₂ S ₂ / Li ₂ S равномерно распределены на поверхности углерода, толщина слоя d пропорциональна емкости на втором плато \ (Q — Q_ { {\ mathrm {th}}} P _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ right), \) и обратно пропорционально эффективной площади поверхности A _eff . Q здесь был полной вместимостью. Таким образом, используя константу b , соотношение между толщиной d и общей емкостью Q может быть получено как

$$ d = b \ frac {{(Q — Q _ {{\ mathrm {th}}} P_ { \ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ right))}} {{A _ {{\ mathrm {eff}}} m _ {\ mathrm {C}}}} $$

(8)

m _c = 1,85 мг — масса углеродной матрицы, использованной в эксперименте. Изолирующий слой Li ₂ S ₂ / Li ₂ S будет вызывать сопротивление, и электроны должны туннелировать через его толщину для продолжения электрохимических реакций.{Bd} — 1) $$

(9)

, где C и B были двумя подгоночными параметрами, которые будут рассмотрены позже. Согласно формуле. (9), R было 0, когда толщина d была незначительной. Изолирующий слой индуцировал падение IR , причем I представляло ток разряда, на кривой разряда для второго плато. Равномерное нанесение изолирующего Li ₂ S ₂ / Li ₂ S на углеродную поверхность поддерживалось S / C электродом, изготовленным методом диффузии из расплава (аналогичным нашему) Pan et al. ⁵⁰ . Интересно, что они также внедрили неоднородное осаждение Li ₂ S, так называемое «похожее на цветок» агломерацию Li ₂ S, которое сохраняло электрохимическую активность углеродного волокна и серного катода. Будет интересно, удастся ли этого добиться в макропористой углеродной матрице.

Принимая равновесное напряжение холостого хода 2,4 и 2,1 В для первого и второго плато, кривая разряда покажет две стадии для напряжения В и емкости Q :

$$ V = \ left \ {{\ begin {array} {* {20} {c}} {2.\ prime (Q — Q _ {{\ mathrm {th}}} P _ {\ mathrm {s}} \ left ({{\ mathrm {uti}}} \ right))}} {{A _ {{\ mathrm {eff }}} m _ {\ mathrm {C}}}}} — 1} \ right) \ left ({Q \> \ Q _ {{\ mathrm {th}}} P _ {\ mathrm {s}} \ left ({ {\ mathrm {uti}}} \ right)} \ right)} \ end {array}} \ right. $$

(10)

B ′ = Bb и C ′ = CI были двумя комбинированными параметрами. Подгоняя кривые разряда с пористостью 40 и 50% на рис.2b, подобранные значения B ′ , C ′ и k были определены как 1,07 × 10 ^–3 м ² г мАч ^–1 , 0,050 В и 1,27 × 10 ⁵ m ² г ^-2 соответственно. Хотя мы явно не подсчитывали набухание катода, показанное на дополнительном рис. 1, избыточный объем электролита в формуле. (1) и подгоночные параметры в уравнении. (2) неявно должен был включать эффект набухания. Расчетные кривые разрядки при других значениях пористости показаны на рис.3c. Модель успешно предсказала кривые разгрузки с незначительными изменениями, когда пористость была выше 60%. Дальнейшее уменьшение пористости сокращало первое плато и понижало второе плато. Таким образом, емкость быстро падала при уменьшении пористости до 40–50%. Это также соответствовало экспериментальным наблюдениям.

Кроме того, эта аналитическая модель может также объяснить изменение напряжения холостого хода с рис. 2e на рис. 2f, когда концентрация бис (трифторметансульфонил) имида лития (LiTFSI) в электролите увеличилась с 1 до 3 М.Подобно системе «вода в соли» ⁵¹ , с увеличением концентрации LiTFSI количество свободного растворителя, которое можно использовать для сольватации Li-PS, будет падать. Это привело к более низкой концентрации насыщения Li-PS в электролите и уменьшению P _s (uti), что укорачивает первое плато и снижает также второе плато. Это причина того, что даже при высокой пористости 70% на электрохимические характеристики сильно повлиял электролит 3 M LiTFSI, показанный на рис.2f.

Объемная и гравиметрическая плотность энергии

Основываясь на приведенном выше обсуждении, влияние пористости на электрохимические характеристики можно обобщить на схемах на рис. 3d. Неиспользованная S, углеродная матрица и осажденный слой Li ₂ S ₂ / Li ₂ S были представлены желтым, черным и красным соответственно. Когда пористость была высокой (> 55%), P _s (uti) сохранялась на уровне 70%, способствуя длительному первому плато.Кроме того, A _eff был не менее 500 м ² г ⁻¹ , что было достаточно высоким, чтобы удерживать осажденный слой Li ₂ S ₂ / Li ₂ S до тех пор, пока не будет образован весь Li -PS был преобразован в Li ₂ S ₂ и Li ₂ S, как показано на схемах справа на рис. 3d. Сопротивление, вызванное этим тонким слоем, сформированным на поверхности углерода, было меньше 0,1 В, и второе плато оставалось плоским. При средней пористости (~ 50%) значение P _s (uti) упало до 55%, что привело к укороченному первому плато.Кроме того, из-за уменьшения пористости и увеличения неиспользованной серы A _eff составляло всего ~ 200 м ² г ^-1 . Осажденный слой Li ₂ S ₂ / Li ₂ S увеличивался по мере продолжения второй реакции разряда, вызывая увеличение сопротивления. Как показывает аналитическая модель, падение ИК-излучения составило ~ 0,2 В при общей емкости 800 мА · ч g ⁻¹ и ~ 0,4 В при общей емкости 1100 мА · ч g ⁻¹ , демонстрируя очевидную депрессию во втором плато.При низкой пористости (<45%) P _s (uti) ~ 42% привело к еще более короткому первому плато. A _eff также резко упала до ~ 15 м ² г ^-1 . В результате толщина слоя Li ₂ S ₂ / Li ₂ S и соответствующее сопротивление росли очень быстро, как показано на вставленных слева схемах на рис. 3d. Общая емкость составляла <250 мАч g ^-1 , когда IR упал на 0,4 В и предел напряжения 1.Было достигнуто 7 В. В этом причина сильной депрессии второго плато, сопровождающейся низкой пористостью.

На рис. 3d расчетная гравиметрическая плотность энергии была рассчитана как общая энергия (рассчитанная по кривой разряда), деленная на общую массу катода. Объемная плотность энергии была рассчитана как общая энергия, деленная на полный объем катода, V (cat) в уравнении. (1). Гравиметрическая плотность энергии сначала монотонно увеличивается с увеличением пористости и достигает постоянной, когда пористость превышает 55%.Однако объемная плотность энергии показала пиковое значение пористости около 52%.

Критические параметры для проектирования на уровне ячейки

Хотя избыток электролита может увеличить использование серы и улучшить характеристики цикла, это неэффективный подход для достижения высокой плотности энергии гравиметрии. Недавно были продемонстрированы некоторые многообещающие характеристики Li – S-монетных элементов с отношением E / S <5 мкл, мг ^-1 при определенных условиях ^52,53,54 .Как обсуждалось выше, для практического применения рекомендуемое соотношение E / S составляет 3 мкл мг ^-1 , что сопоставимо с имеющимся в продаже литий-ионным аккумулятором ⁵² . Дополнительная таблица 2 иллюстрирует значения отношения E / S при различной площади поверхности и пористости на основе монетных ячеек с учетом объема пор в серном электроде и сепараторе. Отношение E / S обычно уменьшается с увеличением площади поверхности и пористости. Когда поверхностная емкость серы составляет 5 мАч см ^-2 , отношение E / S близко к 4 мкл мг ^-1 даже для электрода с пористостью 70%, и оно становится еще меньше по мере уменьшения пористости.В формате ячейки пакета соотношение E / S может быть дополнительно уменьшено за счет устранения мертвого пространства и неравномерного распределения давления ¹⁰ . Как показано на рис. 4, доля электролита увеличивается с 42 до 53%, когда поверхностная емкость серы изменяется от 1 до 5 мАч см ⁻² при фиксированной пористости 70%. Такая чрезвычайно высокая пористость электрода снижает плотность энергии и увеличивает стоимость из-за большого количества электролита. Если емкость серного электрода остается прежней, использование количества электролита уменьшается с уменьшением пористости.Для электродов емкостью 5 мАч см ^-2 доля электролита уменьшается на 18% при уменьшении пористости до 50%. Это явление указывает на то, что пористость играет важную роль в конструкции элемента в целом, поскольку она определяет количество электролита в элементе. Однако электрохимические характеристики элемента могут ухудшиться, если пористость электрода уменьшается ниже уровня 50%, как показано на фиг. 3c. На рис. 3d максимальная объемная плотность энергии была предсказана аналитической моделью, предполагая, что пористость от 50 до 60% является оптимальной для сбалансированного использования серы и плотности энергии на уровне ячейки для данной загрузки серы.

Параметры для проектирования на уровне ячеек. Отношение электролит / сера (E / S) в ячейке-пакете с разной пористостью при разной емкости по сере

Таким образом, аналитическая модель позволяет проектировать Li – S аккумулятор на уровне ячейки. Чтобы использовать эту модель для других конструкций элементов, таких как другой сепаратор или электролит, можно соответствующим образом скорректировать измеренные константы, перечисленные в дополнительной таблице 3, и подгоночные параметры { g , B ‘, C ‘ и k } необходимо переоборудовать, в то время как ключевые уравнения остаются прежними.Затем модель можно использовать для оптимизации пористости катода с целью максимизации плотности энергии ячейки. Следует отметить, что пористость катода является ключевым параметром при проектировании высокоэнергетических Li-S ячеек, но не единственным. Для описания микроструктуры электрода в будущей работе необходимо мезомасштабное моделирование с более конкретными и точными параметрами, как описано Райаном и Мукерджи ⁵⁵ . Текущая аналитическая модель также не учитывает моделирование жизненного цикла ячейки, которое требует модели, основанной на механизме деградации, в которой также следует учитывать побочную реакцию электролита и старение литий-анода.

Гелевый полимерный электролит, усиленный титан-оксокластерами, для создания литий-серных аккумуляторов с высокой плотностью гравиметрической энергии

Исследования литий-серных (Li-S) аккумуляторов были успешными за счет улучшения характеристик серных катодов и металлических анодов Li в условиях затопленного электролита. Однако, поскольку высокая гравиметрическая плотность энергии может быть достигнута только при низком соотношении электролит / сера (E / S), серьезное ухудшение рабочих характеристик в условиях обедненного электролита становится узким местом при разработке Li-S батарей.Здесь мы предлагаем новый класс гелевых полимерных электролитов с использованием титан-оксокластеров в качестве подкрепления для создания батарей с низким E / S. Разработанный электролит обладает благоприятными механическими свойствами и высокой литий-ионной проводимостью, а также прекрасными способностями блокировать перемещение полисульфидов и подавлять образование литий-дендритов, что позволяет батареям с низким E / S демонстрировать повышенную емкость и устойчивость к циклическим нагрузкам. Примечательно, что батарея с низким E / S (3 мкл мг _S ^-1 ) изготовлена ​​с высоким содержанием серы (10 мг _S см ⁻² ) и с низким отрицательным / положительным Коэффициент мощности (1/1) может обеспечить гравиметрическую плотность энергии 423 Вт · ч кг ^-1 и продолжить работу в течение 100 циклов.Это исследование открывает новые возможности для Li – S аккумуляторов с высокой плотностью энергии.

У вас есть доступ к этой статье