Как разобрать алюминиевую батарею и собрать: Как разобрать алюминиевый радиатор отопления своими руками

выбор радиатора и его монтаж

Сегодня в моде секционные конструкции. Это значит, что батареи панельного типа не очень популярны. Вы, наверное, удивитесь, но со времен СССР больших изменений не произошло в общем-то. Батареи все собираются по элементарным секциям. Даже те чугунные, что висят у многих в квартире монтируются совершенно так же, как и их нынешние современные собратья. Это очень удобно, потому что можно использовать старое оборудование и даже создавать некие гибриды. А здесь уже каждый кто на что горазд! Как разобрать батарею отопления? Сегодня этому посвящен целый обзор.

Какими были советские чугунные батареи отопления

Чугунные радиаторы отопления из СССР были и есть и сейчас очень качественные. Их рабочий ресурс составляет минимум полвека, но на практике изделия служат и дольше. Батарея набирается по секциям, той длины, которая необходима. А это зависит как от потребной мощности, так и от ограничений по габаритам. В переводе на русский это означает, что профессорам, чиновникам и прочим особым людям сантехники имели возможность поставить чуть более длинные радиаторы, нежели рядовым труженикам.

Это обычная схема, которая сохраняется в РФ. Разумеется, это незаконно, потому что от размеров зависит и выделяемая мощность, а платят все поровну. Но, как говорят некоторые у нас в России: прав не тот, кто прав (за кем правда), а тот, у кого больше прав (полномочий). (См. также: Какие биметаллические радиаторы лучше)

Плачевный результат такой политики мы наблюдаем повсеместно. Взять хотя бы трубы отопления, которые прокладываются как ни попадя над землей и покрываются напыляемой теплоизоляцией. При этом напрочь игнорируется минимум три фактора:

1. Застывшая теплоизоляция понемногу смывается дождями.
2. По трубам очень любят ходить дети, особенно если расстояние до земли невелико.
3. Люди не всегда склонны обходить препятствие.

К слову, в Англии имеется такой обычай: когда строится новый квартал, то тротуары сразу не всегда прокладывают. Некоторое время администрация ждет, пока люди протопчут дорожки, а вот уже после этого по этим меткам следуют дорожные рабочие.

Так удается избежать многих проблем. Трубы поверху прокладывают не только в России, но только у нас чиновникам глубоко наплевать, где удобно ходить людям. Действует обычный закон, о котором мы уже говорили выше. Ну, а то, что тот, по чьим указаниям была напылена теплоизоляция свою зарплату получает, а не зарабатывает, становится очевидно уже после полутора лет эксплуатации системы. Ныне трубы голые, а котельная работает на обогрев мороза. На наши деньги, разумеется.

Это все говорилось к тому, что в многоквартирном доме каждый стояк рассчитан на определенную мощность, а добавлять радиаторы, по нашим сведениям, нельзя. Почему, уже было указано выше. По российским нормам температура теплоносителя не должна превышать 90 ºС при давлении в пределах 10 атм. Что касается количества батарей или их секций, то следует руководствоваться указаниями ГОСТ 30494. Так, для жилой комнаты температура вне зависимости от времени года должна составлять от 18 до 24 ºС, не допускается ее падение ниже 15.

Если дом построен по типичному проекту, то на каждый метр квадратный помещения должно приходиться порядка 100 Вт мощности. Разумеется, это сильно зависит от температуры за окном, но кто-нибудь видел когда-либо, чтобы не предпринимая собственных усилий можно было бы в комнате наблюдать заданные показатели? (См. также: Как перекрыть батарею отопления)

Более того, стояки прокачивают воду с одинаковой скоростью, но от этажа к этажу она остывает. Если нам не изменяет память, то на площадь квартиры должно приходиться одинаковое число стояков, по которым вода идет вниз и вверх. Это есть, если в самой середке дома все радиаторы будут иметь одинаковую температуру, то на первом на кухне может быть жара, а в большой комнате холодновато. Ввиду этого и количество секций должны было бы разниться, но об этом уже информации не имеется. Мы говорим это к тому, что можно попробовать потребовать у ТСЖ разобрать чугунный радиатор отопления с тем, чтобы добавить пару секций. По идее для этого придется собрать комиссию, которая зафиксирует температуру радиатора, посчитает его мощность.

Затем сравнит с нормативами. Разумеется, температура в помещении должна быть ниже 15 ºС. Это уже будет противоречить нормам, следовательно, можно будет составить акт о неудовлетворительном оказании услуг со стороны ТСЖ.

В целом мы пояснили, как определить нужное количество секций. Обратите внимание, что при одних и тех же условиях мощность радиатора зависит от его типа. Так в современных моделях зачастую вода циркулирует по трубам, которые снабжены плавниками из алюминия. Этот металл выбран в силу трех критериев:

• не высокая стоимость;
• отличная теплопроводность;
• малый вес.

Эти критерии позволили значительно сократить объем теплоносителя. Современные биметаллические и алюминиевые радиаторы намного менее массивные. При этом, как уже было указано выше, вода циркулирует только по трубам. За счет замечательной теплопроводности алюминия устройства, тем не менее, отлично функционируют. Батареи алюминиевые Global стали настоящим эталоном в системах теплоснабжения. (См. также: Как выбрать электрический радиатор отопления)

Монтаж, сборка и разборка батарей отопления

Это удивительно, но разобрать алюминиевую батарею отопления ничуть не сложнее, чем древний чугунный радиатор. Главное – крутить в ту сторону! Каждая секция имеет с одного бока левую резьбу, а с другого правую. Если начать вращать торцовый радиаторный ключ не в ту сторону, то можно легко и просто испортить сразу две секции одним махом. Это как раз тот случай, когда убить двух зайцев одним выстрелом ничего не стоит. Основная сложность именно в определении резьбы. Вот почему все современные радиаторы обычно имеют строго определенную форму и требуют жестко выверенной установки. Поясним!

С лицевой стороны всех секций поверху идет гребень, завивающийся в сторону комнаты. Так каждый сантехник может сказать, что слева находится левая резьба, а справа – правая. А теперь возьмите  старый чугунный радиатор и попробуйте понять, где перед у него, а где зад. Когда дело касается демонтажа всей батареи отопления, то проблем не возникает. Дело в том, что сборка идет на футорки, у которых резьба внутренняя всегда правая. А вот наружная зависит как раз от того, с какого боку футорка ввинчена. Поэтому стоит рассказать вкратце, как идет монтаж радиаторов.

Современная батарея отопления монтируется при помощи установочного комплекта, куда входят:

• Четыре футорки:

1. Две на левую резьбу.
2. Две на правую резьбу.

• Одна заглушка под футорку.
• Один кран Маевского (для сброса давления) под футорку.
• Один ключ для крана Маевского.

Две ненужные для стыковки со стояком футорки заглушаются заглушкой и краном Маевского. Причем совершенно все равно, с какой стороны окажется левая резьба. Это как раз и помогает определить форма корпуса. Даже если батарея установлена не той стороной, то опытный мастер сможет навскидку сказать, в какую сторону крутить. Следовательно, не сорвет резьбу, когда потребуется разобрать алюминиевый радиатор. Что касается наших старых добрых чугунных батарей, то мы полагаем, что там разница сводилась к форме деталей.

Обратите внимание, мы не исследовали проблему, потому что не видим смысла. Скорее всего заглушки там имеют правую резьбу, а футорки левую. Поскольку форма симметрична, то нет разницы и какой стороной ставить радиатор. (См. также: Какие бывают радиаторы отопления)

Итак, мы нашли, с какой стороны у нас левая резьба, а с какой правая. Теперь понадобится торцовый радиаторный ключ. Это такой круглый стальной прут с цилиндрическим утолщением на конце, которое с одного боку чуть заплющено. Каждый сможет сделать такой своими руками, но это уже отдельная тема. Обычно на ручке ключа идут деления, равные ширине секций (чаще до шести), это позволяет вести демонтаж/монтаж отделений, состоящих из нескольких деталей. Теперь о самом процессе:

1. Снимаются заглушки и футорки, которые будут мешать при разборе/сборке.
2. В отверстие вставляется ключ (при наличии двух ключей вставляются сразу оба), ориентируясь по рискам на ручке, на нужное число секций. Придется чуть повращать его, чтобы попасть в отверстие соединительного ниппеля.
3. Монтировка достаточной длины вставляется в ухо ключа.
4. В какую сторону крутить, мы уже знаем.
5. Теперь следует разобрать алюминиевую батарею, потихоньку по очереди вращая ключи. Это нужно для того, чтобы не поломать детали от перекоса. Только поочередно следует действовать, никак не иначе.

(См. также: Какие радиаторы отопления лучше)

6. Чтобы секция не упала, не следует помещать ее над краем стола или другого предмета.

В конце концов ниппель выйдет из резьбы обеих секций, и теперь мы знаем, как разобрать радиатор отопления. Старые прокладки с ниппелей рекомендуется тут же выкинуть. Новые стоят копейки и гарантируют относительную безопасность сборки. При монтаже аккуратно наживите сразу оба ниппеля на полоборота, предварительно одев прокладки. Надавите привинчиваемую секцию, чтобы резьбы соприкоснулись. Поочередно потихоньку закручивайте обе стороны. Можно монтировать сразу несколько секций, точно так же как и разобрать биметаллический радиатор можно несколькими способами.

Например, поделить 10-секционный участок на две равные части.

Биметаллические батареи Radena в плане разборки напоминают биметаллические батареи Sira, те, в свою очередь, – любые другие. Монтажные комплекты похожи, как две капли воды, однако имеются некоторые тонкости самого монтажа, о которых мы поговорим уже в следующий раз. Потому что относятся они уже к проектированию системы отопления в целом.

Как собрать (нарастить), увеличить количество секций чугунных, алюминиевых радиаторов (батарей отопления)

 Как заметили наблюдательные, а может вынужденные к такому наблюдению люди, что «классические» радиаторы отопления (батареи) состоят из секций. Секции представляют собой идентичные детали, с одинаковыми габаритными и присоединительными размерами, по крайней мере, в номинале чертежной документации, которые собраны в сборку — радиатор отопления (батарею).  Так вот, сборки радиаторов отопления продаются по нескольку секций, например, по 2,4,6 или того более.

Такое количество секций не всегда бывает оптимальным для применения в каждом конкретном случае, быть может, их надо больше или меньше. Это значит, что для того чтобы подогнать под нужное количество секций радиатор отопления, необходимо будет собрать или разобрать батарею.  Именно о такой процедуре сборки – наращивания радиатора, как равно и разборке, уменьшения количества секций, мы и поговорим в нашей статье.

Конструкция радиаторов отопления или за счет чего батареи на батареях можно увеличить или уменьшить количество секций

 Как мы уже писали, радиаторы состоят из секций, которые между собой скручены. Скручены они нипеллями, а между секциями стоят уплотнительные прокладки, которые сдерживают вытекание теплоносителя из радиаторов. В прочем, вместо того чтобы мне долбить по клавишам, описывая данную конструкцию, лучше раз взглянуть и это будет пожалуй более наглядно, чем потуги воображения…

На рисунке четко видно, где секция, где ниппель, где прокладка, выступ на ниппеле под ключ, где гайка для присоединения и где пробка. Теперь как раз о выступе на ниппеле, фактически это не отдельный элемент, но именно на нем мы сконцентрировали ваше внимание, вынеся для него отельную позицию. Именно ниппель позволяет соединять, скручивать и удерживать секции между собой. На ниппеле две резьбы, одна левая, вторая правая, то есть они разные. Также и на секции, с одной стороны она левая, с другой правая. В итоге, когда мы вставляем нижний и верхний ниппель в соответствующие резьбы  на секциях, и начинаем крутить ниппеля, то стягиваем секции между собой, не забываем поставить при этом на ниппель прокладку. А теперь обо всем этом по операциям, наглядно с фото…

Процесс наращивания (сборки, разборки) радиаторов отопления (батарей)

 Еще раз по порядку. Еще раз взглянем на ниппель, которым соединяются секции. На нем четко видно две резьбы, поверьте нам они разные (левая и правая).

Также внутри ниппеля имеются выступы обеспечивающие возможность передачи крутящего момента на него через ключ. Теперь непосредственно о процессе сборки.
Берем наши секции, которые еще разъединены и укладываем их на ровную поверхность. Конечно, секции можно скручивать и на стене,  когда радиатор подвешен, но это гораздо сложнее.

Вкручиваем ниппеля на 1-2 витка в секцию (наживляем).

Надеваем уплотнительные прокладки на вкрученные ниппеля. Их можно смазать тонким слоем герметика.

Теперь приставляем к ниппелям секцию, которую будем присоединять…

Вставляем ключ в полость батареи, на длину где у нас установлены ниппеля. Для этого можно предварительно примерить ключ до того, как мы его вставили в батарею…

Начинаем закручивать ниппеля, по очереди. То верхний, то нижний, по 1-2 витка. Для этой процедуры лучше иметь два ключа, особенно это актуально для большого количества секций. Перестановка ключа то туда, то суда будет очень трудоемка.
Протягиваем ниппеля, чтобы секции сошлись и прожали прокладку между собой. Вначале тянем от руки, потом с помощью воротка.

Вот и все, секции радиаторов нарастили, собрали между собой. Аналогичным образом собираются и алюминиевые радиаторы.
Теперь батареи можно установить на место, если они снимались со стены. Разборка радиаторов производится в обратном порядке.

Ремонт радиатора своими руками, алюминиевых и чугунных батарей отопления

Если система отопления собрана грамотно, то работать она будет эффективно и долго. Но проходит время и даже такие прочные приборы как радиаторы начинают преподносить неприятные сюрпризы. Теплоноситель может просачиваться между стыками секций батареи или через свищ, который образуется на стенках приборов.

Если нет возможности заменить прибор, можно попробовать выполнить ремонт радиатора своими руками. Но так как на рынке присутствуют разные модели из различных материалов, соответственно и подход к работе будет неодинаковым. Разберем подробнее ремонт двух популярных типов: чугунных и алюминиевых батарей.

Чугунный отопительный прибор

В первую очередь определяется место протечки. Если это стык между секциями, то радиатор придется снимать, потому что потребуется разборка секций, чистка плоскостей соприкосновения и установка прокладки.

Если необходимо заделать свищ, то работу можно выполнить, не снимая прибора отопления.

Ремонт стыка

Для проведения ремонта потребуется:

• специальный радиаторный ключ;
• газовый ключ №2 или №3.

Будем считать, что радиатор снят. Его необходимо уложить на ровную поверхность. После чего снимаются с помощью газового ключа заглушки и футорки (заглушки с отверстиями под трубы).

Разбор

Секции радиатора соединены между собой ниппелями. Это короткая труба из чугуна с внешней трубной резьбой (наполовину она правая, наполовину левая) и внутренним отверстием, в котором есть два выступа.

Именно эти выступы являются тем местом, куда будут упираться края радиаторного ключа. По сути, это упоры.

На этом этапе потребуется помощник, который зафиксирует прибор отопления в неподвижном положении. Ключ вставляется в отверстие секции так, чтобы края инструмента уперлись в выступы ниппеля. Теперь необходимо с усилием провернуть ключ хотя бы на четверть оборота.

Все дело в том, что долгосрочная эксплуатация чугунных батарей, где используется теплоноситель с высокой температурой, создают условия, при которых ниппель и секция прибора спаиваются между собой. В итоге получается монолит.

Поэтому придется приложить большие усилия, чтобы разорвать эти связи. Как только ниппель немного сдвинется с мертвой точки, переходите на второй параллельный элемент. Нельзя раскручивать секции только с одной стороны, произойдет перекос, который затруднит последующие операции.

Таким образом разбираются все секции. Теперь необходимо зачистить поверхности стыков железной щеткой и наждачной бумагой. Нужно снять только ржавчину.

Обязательно осмотрите ниппели, если их состояние вызывает сомнение, то лучше заменить их новыми. Основное внимание обратите на резьбу.

Промывка

На этой стадии лучше всего провести промывку секций батарей. Струя из шланга и штырь (деревянный или металлический) справятся с этой задачей на отлично.

Сборка

После чего можно переходить к сборке, предварительно приготовив прокладки. Их можно сделать самостоятельно из жаропрочного паранита или резины толщиною 1 мм. В настоящее время мастера предлагают использовать силиконовый герметик, который может выдержать высокие температуры.

Сборка батареи проводится в обратном порядке. Будьте осторожны, когда закручиваете ниппели. Здесь важно не перекрутить, чтобы не сдавить прокладку до критической нормы. Она просто может порваться. Как и при разборке два ниппеля необходимо вкручивать попеременно.

Нередко случаются ситуации, когда упоры внутри ниппеля под действием долгого соприкосновения с теплоносителем покрываются ржавчиной. И при давлении со стороны радиаторного ключа эти упоры срезаются. Что делать в этом случае, ведь секции просто не раскрутить. Вариант один – сломать секцию, на которой появился свищ.

Это сделать можно двумя способами:

1. Просто разбить секцию батареи кувалдой. Делаете это аккуратно, чтобы не сломать хорошие элементы.
2. Можно срезать болгаркой. Но место соединения все равно придется разбивать молотком.

Ремонт свища

Отремонтировать свищ, чтобы это была стопроцентная гарантия, невозможно. Все способы считаются временными. Оптимальный вариант – заменить секцию батареи новой. Вот несколько способов:

• залепить свищ пластилином;
• нанести герметик;
• обмотать бинтом с краской.

Все эти операции необходимо проводить на холодном радиаторе. То есть отключаете его от отопительного контура, когда он остынет, заделываете свищ. Кстати, все эти методы подойдут, чтобы временно устранить течь в стыках между секциями. Таким образом, можно подождать до весны, когда закончится отопительный сезон. После чего провести полномасштабный ремонт системы отопления.

Прибор из алюминия

Алюминиевые батареи имеют точно такую же конструкцию, как и чугунные. Здесь секции также соединяются ниппелями, только они изготовлены из стали. Поэтому разборка и сборка секций повторяет вышеописанную технологию.

Но что делать, если образовался свищ? Как и с чугунными приборами отопления, можно воспользоваться временными методами. Но есть более сложные варианты ремонта, в которых используются сварочные технологии. Сделать это своими руками нельзя. Просто обозначим их:

• пайка с помощью специального припоя для алюминиевых изделий;
• аргонная сварка (самая надежная).

Полезные советы

Вся конструкция радиаторов (чугунных или алюминиевых) соединяется элементами с правой и левой резьбой. Обычно футорки с правой, а заглушки с левой. Поэтому первые откручивать надо по часовой стрелке, вторые – против часовой. При демонтаже обоих элементов необходимо обозначить, с какой стороны они снимаются. Это делается для того, чтобы не перепутать при сборке место установки.

К тому же с помощью мела или маркера устанавливается точное место вкручивания заглушек и футорок. Для этого, когда радиатор находится еще в сборе, мелом проводится черта по секции и заглушке (футорке). При сборке две части одной линии должны совпасть.

Что касается ниппелей, то здесь сложнее определить, какая у них резьба со стороны установки радиаторного ключа. Если с этим вы сталкивались неоднократно, то можно определить визуально. Если опыта в этом деле мало, то придется действовать методом «тыка». В том случае если ниппель одной из секций оказался снаружи, то на него можно накрутить футорку или заглушки, определив вид резьбы.

Чтобы легче было проводить разборку чугунного радиатора отопления, необходимо места резьбовых соединений прогреть до высоких температур. При этом ржавчина, которая создает монолит стыка, разрушается. Прогревать можно разными способами: газовой горелкой, паяльной лампой и другими доступными способами. При этом в процессе прогрева надо постукивать по одной из деталей молотком.

Обратите внимание, что сильно перегревать металл тоже нет смысла. Он достаточно хрупкий, так что можно повредить конструкцию.

И последний совет. Если вы уж начали разбирать радиатор отопления, то лучше разобрать все его секции и заменить на них прокладки. Это займет много времени, но ремонт будет стопроцентный.

Ключ для радиатора | Частный дом

Если собираетесь произвести ремонт радиатора, добавить или убрать у него лишние секции, тогда вам понадобится ниппельный ключ для радиатора. Специальный радиаторный ключ (Рис.1) можно сделать самостоятельно из строительной арматуры или металлического прута (марка стали подвергающаяся закаливанию) соответствующего диаметра, в зависимости от вида отопительного прибора.

Изготовить ключ для радиатора своими руками можно методом термического нагрева, механической обработки (доводки до нужных размеров) и закалки термообработанного участка.

Опишу способ, которым лично я неоднократно пользовался при изготовлении нужных инструментов для сантехнических работ, в  том числе ключей для радиаторов. Они в последствии верой и правдой неоднократно служили мне и тем людям, для которых они были сделаны.

Материал

Подходящий кусок арматуры можно «найти» на любой стройке или купить отрезок в металлопрокате. Так как в основном  применяются радиаторы с двумя размерами резьбы (5/4″ и 1″), то и выбор диаметра заготовки будет зависеть от этого.  Для 5/4″  — 16 или 18 мм (по телу прута) и 12 — 14 мм для 1″. Длина готового ключа должна составлять не менее половины длины самого большого ремонтируемого радиатора плюс 300 мм (разборка — сборка с двух сторон), а максимум — вся длина радиатора плюс 100 — 150 мм (разборка — сборка с одной стороны).

Источник нагрева

Для того, чтобы изготовить самодельный ниппельный ключ для радиатора лучше всего применить автоген, у которого температура пламени на порядок выше, чем у пропана. Но и  пропан подойдет, если только он есть в наличии. На шланги устанавливаю резак, для большей мощности пламени. Такую работу  обычно делают вдвоем: один держит постоянно зажженный резак, другой занимается непосредственно изготовлением ключа. Иногда  приходилось заниматься одному, для этого клал зажженный резак на металлическое ведро с набранной водой.

Место работы

Чтобы сделать ключ для радиатора, надо его на чем — нибудь ковать. Может подойти кувалда или другой массивный железный предмет. В крайнем случае, металлический люк действующей канализации или водопровода.

 Ключ для радиатора

Нагреваем край (конец) арматуры длиной 40 — 50 мм до почти белого цвета (не до температуры плавления металла) и расплющиваем на импровизированной наковальне. Периодически повторяем это не один раз, с одновременным приданием  определенной формы и размера. Удобно при этом иметь с собой ниппель нужного диаметра, по которому можно сразу мерить обрабатываемую заготовку. После того, как все размеры в процессе обработки были получены, приступаем к закалки рабочей зоны. Снова нагреваем обрабатываемый конец на длину приблизительно 150 мм и резко опускаем в металлическое ведро наполненное  водой. Продолжаем закалку, водя круговыми движениями, до полного охлаждения.

Если рабочая плоскость ключа для радиатора получилась немного большего размера чем нужно, то можно сделать доводку «болгаркой» или наждачным кругом. При этом, не давая перегреваться, охлаждаем водой.

Чтобы в дальнейшем было удобно работать, ниппельный ключ для радиатора надо снабдить на другом крае крестовиной. Для этого  понадобятся два отрезка арматуры длиной 150 — 200 мм, которые привариваются электросваркой внахлест друг к другу и к торцу  ключа.

Другой способ состоит в том, чтобы согнуть край заготовки кольцом с внутренним диаметром приблизительно 40 — 60 мм, при  помощи резака и обязательно приварить электросваркой загнутый край (См. Фото — Рис 1). Применение такого ключа, по сравнению с крестообразным,  иногда бывает более удобным, когда работы по сборки — разборки производятся без демонтажа радиатора, «по месту». Там где  расстояние от стены играет решающую роль, чтобы вставит ключ для радиатора. Поэтому даже приходиться производить работы ключом с голым концом, применяя для его поворота газовый ключ №2.

           Ключ для алюминиевых радиаторов

Ниппельный ключ для алюминиевых радиаторов (Рис.2) имеет размеры рабочей поверхности А — 30 — 35 мм, Б — 23 мм, В — 6 мм. Желательно выдержать точный размер Б, потому что у ниппеля внутренний диаметр 25 мм.

          Ключ для чугунных радиаторов

Ключ для чугунных радиаторов (Рис.2) с диаметром ниппеля 5/4″ имеет размеры А — 30 — 35 мм, Б — 28 мм, В — 8 мм. Временами я попадал в ситуацию, когда требовался радиаторный ключ, а его не было под рукой. Выручала сплющенная «на горячую» стальная полудюймовая труба. Но это только иногда подходит для новых приборов отопления.

Современные чугунные радиаторы (по конструкции, напоминающие алюминиевые) выпускаются с ниппелями диаметром 1″. Для них подойдет ключ для алюминиевых радиаторов, только размер Б — 22 мм. Не забывайте, что доводку ключа всегда можно сделать «по месту».

Надеюсь, что мои советы, как сделать ключ для радиатора, помогут вам в его изготовлении и применении в доме.

Как установить, разобрать и промыть чугунный радиатор

Инструмент, который понадобится для выполнения работы

Первым делом, для работы следует узнать точные размеры алюминиевых батарей отопления. Для их измерения понадобится строительная рулетка или особый складной метр. Также, если оба вида приборов отсутствуют, можно воспользоваться стандартной ученической линейкой. Следует отметить, что большинство линеек имеет всего 30-ть сантиметров длины, потому придется делать пометки на радиаторе (лучше воспользоваться карандашом, который легко смывается с поверхности).

Каждая новая отметка будет концом предыдущего замера и началом нового. Полученные размеры плюсуются, и получается истинный размер. Разборка алюминиевых радиаторов требует и других инструментов, которые желательно использовать для проведения демонтажных работ, а именно:

• Полный комплект гаечных ключей (торцовых и накидных).
• Ключ радиаторный.
• Плоскогубцы.
• Отвертка.

Поэтапное описание демонтажных работ

Пару слов о том, когда может понадобиться разборка батареи отопления:

• В случае замены старого радиатора на новый, имеющий большую производительность и лучший внешний вид.
• При потребности в добавлении дополнительных секций для батареи.
• При необходимости замены отдельной секции или прокладки, давших течь.

Инструкция начинается с подготовки необходимых инструментов:

Шаг №1: подготовка инструментов

Фото ниппельного ключа

Образец газового ключа

Совет: ниппельный ключ с учётом того, что он в хозяйстве нужен очень редко, а цена его не самая низкая, рекомендуется не покупать, а брать в прокат. Это позволит сэкономить семейный бюджет.

Шаг №2: отсоединение батареи

Перед тем, как разобрать алюминиевый радиатор отопления или чугунный, необходимо его отсоединить от системы обогрева. Для этого в обязательном порядке необходимо отключить отопление и слить со стояка воду, иначе вы попросту затопите помещение и получите ожоги.

Совет: рекомендуется перед началом демонтажа застелить пол под батареей плёнкой, тряпками или хотя бы газетами, чтобы избежать попадания на него остатков жидкости, которая может оказаться в контуре даже после слива стояка.

Далее в зависимости от сложности можно выделить три ситуации:

1. Полипропиленовые трубы. В этом случае муфтовое соединение, как правило, скручивается голыми руками, не доставляя никаких трудностей.
2. Стальные новые. Приложив некоторые усилия, вы, скорее всего, сможете раскрутить сгоны на входе и выходе батареи с помощью газового ключа.

Отсоединение новых стальных труб

1. Старые стальные или чугунные трубы . Сначала пробуем, сняв краску с места стыковки паяльной лампой и металлической щёткой, пробуем раскрутить соединение так, как описано в предыдущем варианте. Но в долго проработавших системах чаще всего это не даёт результата, и тогда просто срезаем сгон «болгаркой» или автогеном.

Порезка старых сгонов с использованием «болгарки»

После отсоединения батареи от труб снимаем её с крюков и укладываем на ровную плоскость.

Шаг №3: разборка радиатора

Схема отсоединения секций батареи

Отрезок трубы или ломик

Батарея может быть чугунной, алюминиевой или биметаллической.

Наиболее сложным вариантом для разбора является первый из перечисленных, с него и начнём:

1. Как разобрать чугунный радиатор отопления собственными силами:

Осторожно, проверяем ход резьбы на футурках или заглушках, который может быть как левым, так и правым.
Вставляем ниппельный ключ внутрь, усиливаем его крутящий момент с помощью отрезка трубы или ломика.
Срываем резьбу, прокручивая инструмент на четверть оборота сначала в верхней части, а затем в нижней.
Затем также попеременно продолжаем откручивать ниппели, чтобы радиатор не перекосило.
Основной проблемой старых батарей является то, что футорки могут прикипеть в процессе долгих лет эксплуатации и не поддаваться ключу. В таком случае место соединения необходимо прогреть круговыми движениями паяльной лампой, после чего снова попробовать открутить ниппель

Процедуру повторяем до тех пор, пока резьба не поддастся. Если же всё равно ничего не выйдет, то придётся резать автогеном.

Разобранная старая чугунная батарея отопления

1. Давайте выясним, как разобрать биметаллический радиатор или алюминиевый? Процедура практически аналогична вышеописанной, но имеет несколько отличий:

• • Используется ниппельный ключ меньших размеров.
  • Не требуются столь большие усилия при откручивании ниппелей.
  • Заглушки и футуроки обладают маркировкой направления резьбы в виде букв S и D, где первая обозначает левый ход, а вторая – правый.
  • Металлические прокладки, находящиеся между секциями, протираются, шлифуются и хранятся до последующей сборки батареи.

Разборка алюминиевой батареи

После осуществления описанных задач вы можете заменить давшую течь деталь, добавить секцию или вообще установить новый радиатор на место старого.

Как разобрать алюминиевый радиатор отопления своими руками

Снятие алюминиевой батареи происходит в следующих случаях:

1. Когда система меняется полностью.
2. Необходимо нарастить или убрать лишнюю секцию.
3. Устранить течь.

Перед тем, как разобрать алюминиевую батарею отопления, нужно подготовить набор гаечных ключей и отвертку.

Дальнейшие действия производятся в следующей последовательности:

Теплоноситель сбрасывается из системы. Если разборка происходит в отопительный сезон, то следует подождать, пока батарея остынет.

При помощи гаечного ключа откручиваем муфту, которая соединяет шланг, идущий от батареи к трубе отопления.

Отключенный радиатор нужно освободить от остатков воды и положить на ровную поверхность вверх лицевой стороной.

Фильтр из батареи вынимается и тщательно промывается. Это нужно сделать сразу, так как грязь, накопившаяся в нем, может застынуть и тогда удалить ее будет крайне сложно.

Дальнейшая работа – это разбор батареи на секции. Они соединены между собой специальными ниппель гайками. Для их снятия необходим ключ для разборки алюминиевых радиаторов, проворачивая который против часовой стрелки, их легко удалить с радиатора

Делать это нужно крайне осторожно, чтобы избежать образования перекоса.

После разборки элементы батареи промываются и собираются в той же последовательности действий.

Если необходимо устранить течь, то для алюминиевых радиаторов подойдет специальный раствор из эпоксидной смолы с добавлением бронзового порошка. Работать с этим составом нужно быстро, так как он засыхает в считанные минуты, поэтому место протечки нужно зачистить и подготовить заранее.

Разборка старого радиатора

Вообще, процесс разборки старого чугунного радиатора отопления осуществляется точно так же, как и нового. Но проблема в том, что все соединения со временем покрываются накипью и практически спаиваются друг с другом. Вследствие этого обойтись одним лишь сантехническим радиальным ключом становится просто невозможно.

Кроме того, в работе появляется дополнительный пункт — промывка. Старый радиатор, в любом случае, забит изнутри всякой грязью. Поэтому, если уж вы взялись его усовершенствовать. то необходимо позаботиться об очистке оборудования, это позволит ему работать гораздо дольше и качественнее.

Производить промывку желательно на улице, так вы убережете ванну от повреждений. Процедура осуществляется с помощью обычной проточной воды, ничего сложного в этом нет. А вот дальнейший процесс может весьма озадачить. Если вы обнаружили, что гайки крепко сроднились с радиатором и не желают с ним разлучаться, то можете применить три разных способа для того, чтобы разбить этот союз:

• прикипевшее соединение можно разделить с помощью нагрева. Для этого вам понадобится или паяльная лампа, или строительный фен. Первый вариант гораздо эффективнее в работе, но и второй может дать необходимый результат. С помощью этого вспомогательного оборудования прогрейте необходимое вам место соединения по периметру, а затем сразу попробуйте удалить гайку, не дожидаясь остывания. Если сразу не помогло, повторите ту же процедуру еще несколько раз, после каждого захода снова пытаясь разобраться с проблемой. При этом учтите, что работа с раскаленным металлом очень опасна. не забудьте обезопасить себя с помощью защитной одежды — рукавиц и фартука — и специальных очков;
• если предыдущая процедура не помогла, то придется пытаться решить задачку более радикальным методом — распилом. В качестве инструмента для этого вам понадобится ножовка по металлу или болгарская пила. Болгарка прекрасно справляется с распиливанием металла, но тут снова следует учесть хрупкость чугунной батареи — если пилить одно и то же место слишком долго, то материал может просто растрескаться, и придется выбрасывать весь радиатор. Чтобы подобного не произошло, следует делать пропилы поэтапно, давая батарее немного отдохнуть после каждого захода. А вообще. если у вас есть возможность потратить значительное количество времени и сил, то лучше воспользоваться для распила ножовкой по металлу. Конечно, это гораздо более муторный и долгий процесс, чем в случае с болгаркой. Но зато отсутствует риск повредить радиатор в тех местах, где это вовсе не требуется;
• третий вариант еще более брутален. Если нагрев не помог решить проблему, а распил по каким-то причинам невозможен, то выход один — просто разбить нужную секцию. Это делается с помощью кувалды. Естественно, лупить со всего размаха не стоит, поскольку в этом случае вы останетесь без батареи. Действовать нужно аккуратно и не торопясь, начиная с середины секции и постепенно доходя до места ее соединения с соседней. Как и в случае с паяльной лампой, не забудьте надеть защитные очки — даже при аккуратном разбивании есть риск того, что какой-нибудь из осколков резко отскочит.

Дорогие читатели, теперь вы знаете, как правильно разобрать чугунную батарею, даже если она втрое старше вас и яростно желает сохранить свою целостность. Сборка осуществляется, в общем-то, точно так же, но в обратном порядке.

Даже если радиатор совсем новый, все места соединений перед сборкой необходимо тщательно зачистить с помощью наждачки. А уж в случае со старой батареей это вообще обязательная процедура. Кроме того, желательно заменить все прокладки. Если до этого стояли резиновые, то замените их на более современные, сделанные из силикона или паронита. Эти материалы гораздо меньше подвержены деформации и обладают очень большим сроком эксплуатации.

Как вы уже поняли, самое важное в процессе разборки чугунного радиатора отопления — это аккуратность. Хрупкость материала требует исключительно неспешного подхода

Кроме того, не забывайте и о безопасности, которая, как известно, превыше всего. При правильном подходе к процессу ваш чугунный радиатор будет служить долго и качественно. Успехов!

Разборка алюминиевого и биметаллического радиатора

Перед тем как разобрать батарею отопления, подготовьте необходимые инструменты.

В качестве основного инструмента используется ниппельный ключ (можно арендовать в специализированном магазине за небольшие деньги). Он представляет собой пруток длиной около 700 мм. С одной стороны к нему приварена головка ключа с размером 24х40 мм, а с другой сделано сквозное отверстие. В него можно вставить металлический пруток. С его помощью проще будет прокручивать гайку.

Это — основной инструмент, который используют при сборке/разборке радиаторов отопления

На поверхности ключа нанесены несколько насечек. Расстояние между ними соответствует ширине секции радиатора. Вставив ключ внутрь батареи, и сосчитав количество насечек, вы легко найдёте ниппель нужной секции.

Перед тем, как разобрать батарею отопления, необходимо сориентироваться с направлением вращения ключа. Радиатор укладываем на ровную горизонтальную поверхность лицевой стороной вверх. Справа будет правая резьба, а с левой стороны-левая. Чтобы не запутаться, можно поступить проще: берём гайку и наживляем поочерёдно справа и слева, а потом делаем вывод, в какую сторону вращать ключ

Это важно, поскольку резьбу легко сорвать и тогда нужно покупать две новые секции. Импортные производители на заглушках и футорках с лицевой стороны секции делают следующие обозначение для резьбы: D-правая, S-левая

Резьба на ниппель-гайке может быть правой или левой, потому перед тем, как разбирать радиатор, определяем в какую сторону нужно крутить

Допустим, необходимо открутить одну секцию справа. Для этого ключ «лопаткой» вставляем в верхнее отверстие до нужного места, закрепляемся в пазу ниппель-гайки и с усилием провернув ключ против часовой стрелки «срываем» с места. Вот тут и может понадобиться пруток, вставленный в кольцо на ключе: усилие требуется приличное.

Делаем два полных оборота и переставляем ключ в нижнюю часть радиатора. Повторяем операцию, вращая ключ в том же направлении. Откручиваем на 2 оборота ниппель и здесь. Опять вынимаем ключ и повторяем процедуру для верхней части. Так поочередно откручиваем секцию полностью. Это делается для того, чтобы не было перекосов.

Конструкция изделия

Алюминиевый радиатор представляет собой конструкцию из отдельных секций, соединенных между собой с помощью ниппель-гаек. По сути, этот соединительный элемент является цилиндром, с каждой стороны которого сделана наружная резьба. Внутри цилиндр пуст. На каждую ниппель-гайку с двух сторон накручиваются секции радиатора.

Соединительные элементы расположены как в верхней, так и в нижней части батареи. Таким образом, каждая секция радиатора крепится к соседней в четырех точках. Ниппель-гайка сделана таким образом, что в собранном изделии ее вообще незаметно.

Внутри каждого соединительного элемента присутствуют выступы, служащие для процедуры монтажа. За них цепляется специальный инструмент, с помощью которого происходит раскручивание и закручивание гайки. При этом следует учитывать направление резьбы — на одних элементах она правая, на других левая.

Чтобы не играть в «угадайку», просто обратите внимание на маркировку в соответствующих участках. Если там обозначена буква D, это значит, что резьба правая

Буква S указывает на левую

Очень важно не перепутать, поскольку попытка открутить гайку в противоположном направлении может привести к срыву резьбы и, следовательно, порче элемента

Разборка чугунных радиаторов отопления

Разборка чугунных радиаторов порой становится процессом очень трудоемким, но необходимым.

Схема разборки чугунных радиаторов отопления: а — захват ниппелями резьбы секций на 2-3 нитки резьбы; б — доворачивание ниппелей и стыковка секций; в — подсоединение третьей секции; г — группировка двух радиаторов; 1 — секция; 2 — ниппель; 3 — прокладка; 4 — короткий радиаторный ключ; 5 — ломик; 6 — длинный радиаторный ключ.

Новый или старый радиатор кладется на ровное место. Хотя бы с одной стороны нужно снять обычные футорки или глухие — заглушки. На разных секциях радиаторов они могут быть с левой или правой резьбой. Обычно чугунные футорки имеют правую резьбу, заглушки — левую. Если навыков разборки нет, и имеется свободная секция, лучше узнать, прежде чем прикладывать силу, какого вида эта резьба и в какую сторону следует вращать ключ. Если резьба левая, при разборке чугунных батарей вращать ключ нужно по ходу часовой стрелки.

Как и при откручивании любых гаек, сначала нужно «сорвать» футорки с места, т.е. провернуть их на четверть оборота с обеих сторон батареи. Затем футорки выкручиваются так, чтобы между секциями образовался зазор в несколько миллиметров. Если отпустить футорки больше, вся конструкция начнет изгибаться под собственным весом и за счет прилагаемых усилий. При этом резьбу может заклинить. Чтобы этого не произошло, на разбираемую батарею должен встать помощник, который будет своим весом препятствовать изгибу.

Обычно разборка старых радиаторов отопления затруднена тем, что футорки и секции «прикипели». Для того чтобы разобрать такую батарею, придется применить автоген или паяльную лампу. Место соединения прогревается круговыми движениями. Как только оно будет достаточно разогрето, футорки выкручиваются. Если с первого раза выкрутить не удалось, действия повторяются.

Если не хватает сил, чтобы разобрать батарею, нужно увеличить длину ключа. Применяется обычная труба, которая служит рачагом.

Аналогично выкручиваются встраиваемые ниппели для развоздушивания чугунных радиаторов.

Если рассмотренными способами разобрать чугунную батарею не удалось, остается его разрезать болгаркой или автогеном или разбить в лежачем положении кувалдой. Разбить или разрезать нужно аккуратно одну секцию. После этой операции, возможно, ослабнет сцепление между секциями, батарею удастся разобрать, оставшиеся секции сохранить.

Применение «жидкого ключа» или жидкости WD эффекта не дает, так как в старых чугунных батареях футорки герметизировались льном и краской, и жидкости не попадут на резьбу.

Как разобрать чугунные батареи своими руками

Чаще всего дома и квартиры старой планировки оснащаются чугунными батареями МС-140. Для сборки их секций также используются ниппельные гайки и уплотнительные прокладки. Особенно сложно провести разборку старой батареи, т.к. по ходу ее длительной эксплуатации промежутки между секциями закипели от ржавчины. Как правило, в таких случаях ниши для ключей разъедаются теплоносителем

Также важно держать в памяти значительную массу чугуна. К примеру, вес одной батареи на 12 секций составляет 90 кг: с таким изделием справиться в одиночку будет затруднительно

Для реализации процедуры потребуются следующие инструменты:

• Ниппельный радиаторный ключ.
• Сантехнические приспособления для отвинчивания футорок и заглушек.
• Небольшая кувалда и зубило.
• Паяльная лампа (ее можно заменить строительным феном).
• Стальная щетка.
• Деревянные бруски для установки батареи на пол.

В роли радиаторного ключа используется сплющенный с одного конца металлический стержень круглой формы, диаметром 18-20 мм. Размеры сплющенной части — 28×40 мм, при толщине 6 мм. На противоположный край прута приваривают кольцо, через которое продевается рычаг. Длиной радиаторный ключ должен быть, как половина самой большой батареи на 12 секций, плюс 30 см.

Процедура разборки

Разъединить прикипевшие межсекционные стыки очень непросто. В некоторых случаях они прикипают так сильно, что бессильными оказываются даже значительные физические усилия. В подобных ситуациях стыки перед разборкой прогреваются с помощью паяльной лампы или фена.

Как разобрать радиатор отопления из чугуна:

• Чугун прогревают паяльной лампой до тех пор, пока он не начнет издавать малиновое свечение. После этого можно начинать процедуру разборки.
• Первым делом необходимо вывернуть заглушки.
• Радиаторный ключ подводится к верху батареи: его головка должна попасть на участок отвинчивания ниппель-гайки. На торце секции нужно с помощью мела отметить круг расположения стержня инструмента.
• Сплющенная часть вставляется в нижний внутренний паз. Далее, перемещая инструмент в нужном направлении, доводят его до отмеченного круга.

Перед началом операции важно выяснить, в какую сторону необходимо проводить скручивание секций. При наличии ниппельной гайки ее по очереди накручивают на правый и левый торец батареи: это дает возможность определиться с направлением вращения ниппеля

Если резьба сдвинется, полное откручивание производить не следует. Чтобы избежать перекосов, верхний и нижней ниппели нужно поочередно отвинчивать на один полный оборот.

От автора:
здравствуйте, дорогие друзья! Нередко перед хозяевами жилищ встает вопрос, как разобрать алюминиевый радиатор отопления. Происходит это в двух случаях. Первый — это поломка оборудования, нарушение его работоспособности или протечка одного из сегментов.

Второй — когда мощности изделия недостаточно для того, чтобы качественно обогревать помещение. Такое, как правило, случается, если изначально неверно рассчитать требуемый показатель. Именно поэтому для предварительного вычисления необходимого параметра рекомендуется приглашать специалиста.

Профессионал производит расчет с учетом даже малейших нюансов. В данной ситуации важны все факторы — например, климатический пояс, в котором вы проживаете, площадь помещений, нуждающихся в отапливании, состояние оконных рам, наличие утеплительного слоя на стенах и многое другое.

Понятно, что человек, не обладающий соответствующими знаниями и опытом, не сможет корректно рассчитать требуемую мощность. Поэтому по факту часто оказывается, что алюминиевая батарея просто не в состоянии дать нужное количества тепла. К счастью, эту проблему можно довольно легко решить с помощью разборки изделия и добавления необходимого количества секций. О том, как это сделать, вы и узнаете из сегодняшней статьи.

Основные причины ремонта алюминиевого радиатора

А почему происходят такие казусы? Дело в том, что алюминиевые отопительные батареи не совсем подходят, для установки и эксплуатации, в подобных строениях, из-за лимита допустимого рабочего давления изделия. У алюминиевых радиаторов, максимальное (допустимое) рабочее давление в пределах 15 атмосфер. Установка алюминиевого радиатора в квартире, с внешним источником подачи тепла, вынуждает изделие работать на пределе, так как, рабочее давление центральной системы отопления, как правило, находится в пределах 12-15 атмосфер, а при опрессовке (запуске системы) достигает значительно больше.

Как понимаете, авария алюминиевой батареи, в таких условиях эксплуатации, неизбежна и может произойти в любой момент и необязательно, что вы будите, при этом, находиться дома и об этом узнаете первым. А значит, исходя из выше изложенного, внезапная авария алюминиевой конструкции, может повлечь за собой, на большие — серьёзные финансовые расходы, которые придётся потратить не только на ремонт своего помещения — квартиры, но, а так же, на возмещение, последствий аварии, соседям.

Но случаются и другие причины, вынуждающие к срочному ремонту, вмешательство в целостность конструкции батареи, то есть, к привлечению квалифицированного специалиста или разборки и сборки алюминиевого радиатора отопления своими руками. Если же вы решили обойтись, в целях экономии или других обстоятельств, своими силами (самостоятельно), то придётся досконально изучить тему и узнать: «Как правильно разобрать и собрать алюминиевый радиатор отопления своими руками?».

Как показывает практика, основных причин, которые подразумевают проведение срочных, профессиональных ремонтных (разборку и сборку алюминиевого радиатора отопления самостоятельно) действий — три:

1. Засоренность отопительной батареи . Радиатор еле тёплый (не все секции одинаковой температуры), хотя труба, источника тепла, горячая. Такой дефект, предполагает разборку и промывку изделия;
2. Меж секционная течь батареи . Между соединениями секций проступает влага или же происходит течь жидкости — предполагает разборку конструкции и замену уплотнительных элементов;
3. Возникновение течи секции радиатора . Появление трещины или другого дефекта, непосредственно, в самой секции, который провоцирует выделение или протекания конструкции — предполагает замену или реставрацию секционного элемента, или батареи целиком.

Полезные советы

Интересный факт. Многие не хотят использовать чугунные радиаторы исключительно из-за их внешнего вида. Но в последнее время широкое распространение получили именно батареи отопления чугунные ретро. Именно те модели, от которых так старательно уходили. Поклонники стиля ретро зачастую специально заказывают такие модели в магазинах. Поклонникам же более современного дизайна можно предложить отдекорировать чугунные радиаторы специальными экранами.

Потерь тепла от экранов не происходит, а вот батареи выглядят как-то по-особому просто, но стильно. Тем же, кто не хочет менять свои батареи можно просто привести их в первоначальный красивый вид. Батареи можно перекрасить, используя современные материалы или самостоятельно придать им довольно необычный вид. Выбирая материалы, обязательно подбирайте те, которые смогут выдержать высокую температуру более 80 градусов. Желательно проконсультироваться насчет покрасочных материалов и у продавцов. Есть некоторые краски, которые при взаимодействии с горячими поверхностями могут изменить цвет. В таком случае, покрасив аккуратно батарею в белоснежный цвет, можно увидеть совсем не кристально белый вариант в период отопления.

Как разобрать чугунную батарею отопления своими руками

Рано или поздно может получиться итак, что даже чугунная батарея потребует полной замены или понадобится ее просто почистить. В обоих вариантах батарею придется разобрать. Как разобрать чугунную батарею отопления своими руками достаточно быстро и максимально профессионально? Дело в том, что такие радиаторы являются самым оптимальным вариантом для использования в многоквартирных домах. Эти элементы отопления способны выдержать все перипетии несовершенной системы отопления. Иногда со временем даже чугун приходится менять, потому что он дал течь или просто не вписывается в новый ремонт квартиры.

Хотя даже сегодня чугунные батареи все также актуальны. Многие пользователи не хотят менять столь хорошие источники тепла на новые, но такие недолговечные, по сравнению с чугуном, источники тепла. Поэтому большинство старается привести свои батареи в порядок, просто перекрасив их. Некоторые используют декоративные экраны для чугунных батарей. Очень удобно и вид, как у новых радиаторов и в дизайне никаких проблем нет. (См. также: Монтаж радиаторов отопления своими руками )

Любую замену батарей можно выполнять только в летний период, тогда, когда отопительный сезон еще не начался или наоборот только закончился. Но иногда обстоятельства складываются таким образом, что менять и разбирать батарею приходится и зимой. Например, в случае, если батарея дала течь, что делать? Ждать лета или того, что в один не прекрасный день радиатор прорвет, и соседи снизу будут затоплены?

Можно попробовать воспользоваться услугами сантехников, но можно справиться с ситуацией и самостоятельно. Для того чтобы разобрать чугунную батарею нужны специальные инструменты и кое-какие знания, о которых мы и расскажем.

Сборка батарей

В принципе, имея под рукой необходимые инструменты, даже новичок сможет собрать или разобрать алюминиевый радиатор своими руками.

Чтобы установить обогреватель из алюминиевого радиатора своими руками, необходимо:

Расположить батарею на ровной поверхности. Это необходимо для того, чтобы обследовать устройство перед его монтажом и проверить все места соединений на наличие возможных трещин или сколов.

Перед тем, как соединить элементы обогревателя, резьба в местах соединения очищается не только от мусора, но и от заводской краски. Делается это при помощи наждачной бумаги с мелким зернистым покрытием

Это важно, так как в дальнейшем слой краски может потрескаться, что приведет к течи. Ради товарного вида производители окрашивают не только секции радиаторов, но и места их стыков.

Очищая батарею от краски, нужно следить, чтобы наждачная бумага не оставила на ней царапин, которые так же в будущем могут стать причиной течи.

Все прокладки следует промыть в мыльном растворе. а если в отопительной системе предполагается использование антифриза, то их нужно обезжирить, так как этот носитель способен проникать в любые, даже самые незначительные неровности.

Перед соединением секций желательно изучить чертеж ключа для сборки алюминиевого радиатора, чтобы знать, как им пользоваться. Этот металл очень мягкий, поэтому любое слишком большое усилие может повредить резьбу и тогда придется покупать новую секцию.

На ниппель гайку надевается паронитовое уплотнение с обеих сторон. Ключ помещается сверху и легко проворачивается пару раз, то же проделывается с нижним отверстием. Только после того, как места стыков были прихвачены, можно при помощи рычага закрутить их более плотно.

Отверстие, которое не будет использоваться, закрывается заглушкой, а на другое крепится кран Маевского и сборка алюминиевого радиатора готова.

После того, как будут собраны все секции радиатора, его можно подсоединять к отопительной системе и проверять на наличие возможных мест протечки. Так как алюминиевые батареи достаточно легкие, их вполне можно подсоединить своими руками, даже не имея для этого соответствующих навыков.

Как запаять алюминиевый радиатор автомобиля своими руками

Переходим к процессу пайки. Сначала проблемный участок тщательно зачищается надфилем и наждачной бумагой. Перед тем как приступить к замене ремня грм пежо 307 своими руками необходимо подготовить инструменты, которые нам понадобятся для этой операции на двигателе nfu. Если на нем расположены ламели, их нужно аккуратно удалить пассатижами. Алюминиевый радиатор с своими руками, автомобиля, который, как уже. Дальше место ремонта обезжиривается при помощи ацетона.

Когда подготовка к пайке будет закончена, можно наносить флюс. После этого начинаем прогревать место соединения. Если вы используете газовую горелку или паяльную лампу, следите за тем, чтобы флюс не выгорел раньше времени. Паяльником его наносить проще. Достаточно обмакнуть его рабочий элемент в смесь и перенести ее на обрабатываемую поверхность.

Теперь пришло время нанесения припоя. Как отремонтировать радиатор toyota Лучше, если он будет в виде прутка или проволоки. Припой прикладывается к месту соединения и тщательно прогревается паяльником (горелкой). Когда он равномерно растечется, необходимо дать ему остыть, после чего желательно нанести второй (страховочный) слой. По окончании работ образовавшиеся наплывы можно убрать при помощи наждачной бумаги.

Разборка и сборка алюминиевого радиатора своими руками

Площадку, на которой будет производиться реставрация радиатора, покрывается плотной тканью
. Если это поверхность стола, тогда основная работа будет проходить не на весу. Подготовленное место предохранит мягкий алюминий от получения ненужных деформаций и царапин.

Важно
! Перед снятием накидных муфт под радиатор расстилается тряпка
, чтобы уберечь пол от грязной жидкости, которая может вытечь при демонтаже. Нужно иметь под рукой тряпку для впитывания остатков влаги, остающихся внутри секций

Отключение от сети отопления

Перед началом разборки радиатор отключают от отопительной сети отсечными вентилями
. Если отсечных кранов у радиатора нет, то приглашают работника ЖКХ
, чтобы он отключил стояка отопления для проведения ремонтных работ.

Во время отопительного сезона, после перекрытия радиатора, делают паузу. Поскольку вода в нём ещё горячая, некоторое время пережидают, пока жидкость остынет
, а затем отсоединяют радиатор от труб отопления.

Теплоноситель
, оставшийся в батарее, сливают в заранее подготовленное ведро
и приступают к разъединению секций. Сразу после демонтажа внутреннюю поверхность батареи промывают проточной водой.

Как разобрать и собрать батарею

Алюминиевые секции, соединены ниппель-гайками
. Внутренняя часть такого соединителя имеет выступы, за которые гайку захватывает ниппельный ключ и выкручивает её. Гайка похожа на муфту, только резьба у неё внешняя
. На одной ниппель-гайке есть как правая, так и левая резьба. Они делаются парой для верхнего и нижнего соединения. При раскручивании ниппеля секции расходятся, при закручивании стягиваются друг с другом.

Предварительно скручиваются с торцов все заглушки и переходники
. Доступ к соединителю должен быть открыт для ниппельного ключа со всех сторон.

Фото 1. Крепление секций алюминиевого радиатора друг к другу: ниппель-гайки раскручиваются при разъединении.

Для разборки батареи, лопатку инструмента через открытый торец радиатора помещают в пазы отворачиваемой верхней
ниппель-гайки и с некоторым нажимом делают пробную прокрутку против часовой стрелки
, чтобы сдвинуть соединение. Если ключ нормально проворачивает гайку, то его вставляют в пазы нижней
ниппельной гайки и также, как в первом случае, пробуют повернуть на пару оборотов.

Важно
! При отворачивании соединителей следует соблюдать последовательность действий
, чтобы избежать перекоса. После разъединения вскрытая резьба тщательно обследуется на трещины и сколы
, на целостность резьбы

При необходимости стыки зачищаются мелкой наждачной шкуркой

После разъединения вскрытая резьба тщательно обследуется на трещины и сколы
, на целостность резьбы
. При необходимости стыки зачищаются мелкой наждачной шкуркой.

Начиная сборку секций радиатора, на верхнюю и нижнюю ниппель-гайки надевают уплотнительные кольца из паронита
, помещают между секциями. Секции слегка прижимаю друг к другу и попеременно их свинчивают. Проворачивание гаек
, чтобы не получилось перекоса, ограничивается двумя оборотами ключа
.

Если что-то пошло не так

За время эксплуатации стыки между секциями и стальные гайки прикипают друг к другу
. Это происходит от качества теплоносителя, подающегося в отопительную систему. Иногда бесполезными оказываются даже значительные физические усилия.

Несмотря на то что с прикипанием нужно справиться, алюминий легко деформируется
, поскольку он мягкий металл.

Нагревая строительным феном места соединений можно побороть прикипевшую ржавчину
. Если же и это не помогло, слишком въедлив коррозийный нарост, тогда берётся за дело обрезная машинка.

Совет.
Если ниппельная гайка не отворачивается под большим нажимом, то не нужно увеличивать прилагаемое усилие чрезмерным рычагом
. В худшем случае сломается не только сама гайка, но и треснут обе секции, которые плотно сидят на этой гайке.

Болгаркой обрезается прохудившаяся секция
, причём с обратной стороны и отступив от края соединения не меньше чем на половину длины муфты. Этим предохраняют рабочую секцию от разрушения и не разрезают соединительную гайку. Во время обрезки ржавчина отскакивает, и тем самым упрощается раскручивание уцелевшей секции.

Монтаж алюминиевых радиаторов отопления: схемы подключения

Автор Михаил Стахов На чтение 5 мин. Просмотров 50k. Опубликовано 14.10.2014

Безотказная работа отопительной системы из алюминия во многом зависит от того, как произведен монтаж алюминиевых радиаторов. Вы можете провести подключение своими руками либо пригласить специалистов, в любом случае все этапы работы — выбор комплектующих, расчет радиаторов, соединение секций и т.п. — должны пройти максимально правильно. Только тогда вы получите надежную систему отопления на долгие годы.

Установка секций радиаторов под оконными проемами

Где можно устанавливать радиаторы из алюминия?

Алюминиевые радиаторы отопления обладают высокими теплоотдающими свойствами и небольшим разрешенным давлением теплоносителя, поэтому обычно устанавливаются в частных малоэтажных строениях либо при устройстве автономной системы. В этом случае они будут защищены от гидроударов, возможных для центрального отопления, и смогут максимально обогреть ваше жилье.

Стандартно радиаторы устанавливают под подоконниками. Также возможна установка алюминиевых батарей на стойках около стены либо в других свободных частях комнаты. При этом трубопроводы подключаются с одной или разных сторон, а сами радиаторы могут декорироваться экранами. При каждом способе установки необходимо учитывать потери тепла на близлежащие предметы.

Запомните! Наилучшая теплоотдача будет достигнута в том случае, когда монтаж приборов проходит в стандартных условиях, без наличия загораживающих его предметов.

Уменьшение теплоотдачи в зависимости от места и способа установки

Выбор радиаторов и комплектующих

Радиаторы

При подключении радиаторов наиболее важными будут такие его характеристики, как мощность и величина рабочего давления. Мощность зависит от разных причин (конструкция, размеры и т.д.) и входит в расчет нужного количества секций. А по величине допустимого давления радиаторы бывают двух видов:

• Стандартные, в которых разрешается использовать теплоноситель с давлением воды до 6-ти — 10-ти атм. Они предназначены для систем отопления с автономной подачей воды, как в частных домах и коттеджах. Для этого вида не рекомендуется соединение секций в слишком широкую батарею.
• Усиленные, которые могут выдержать давление  до 16-ти — 20-ти атм. Такие аппараты возможно установить и в центральную систему отопления высокоэтажного дома. В этом случае можно соединить до 12-ти секций, а при устройстве искусственной циркуляции до 24-х.

Внимание! Перед покупкой радиаторов необходимо произвести расчет их количества. Рассчитать нужное число можно, разделив необходимую для помещения мощность на энергоотдачу одной секции (мощность радиатора есть в его паспорте, а для помещения нужно рассчитать по 1 кВт на 10 м²).

Трубы

Для того, чтобы монтаж радиатора и последующее его использование было удобным и надежным, нужно правильно подобрать трубы и другие комплектующие. Так, схема отопления должна предусматривать, что:

• Алюминиевый сплав не должен соприкасаться с чугуном и сталью, не имеющими соответствующей антикоррозийной обработки.
• Использование медных труб и аксессуаров для алюминиевых радиаторов вообще недопустимо. Это соединение может давать вялотекущую реакцию с образованием газа, который, накапливаясь, может разорвать батарею.
• Теплоноситель с высоким центральным давлением лучше подводить по металлическим трубам. Полипропиленовыми и металлопластиковыми трубами лучше пользоваться в щадящих условиях индивидуальных систем отопления.

Внимание! Правильно подключение алюминиевых радиаторов должно проходить с обязательной установкой автоматических клапанов для спуска лишнего воздуха, независимо от материала труб и комплектующих.

Аксессуары

В комплекте с алюминиевыми радиаторами поставляются:

• Кронштейн стеновой или напольный, с помощью которого вы будете крепить прибор,
• Уплотнительные прокладки, монтаж которых в соединение секций исключит образование течи,
• Воздухоспусковые клапаны, установка которых поможет убрать лишний воздух из батареи,
• Заглушки для крайних секций.

Кроме этого, с алюминиевой батареей обычно продается арматура запорная и для терморегуляции, которую рекомендуется устанавливать на входе и выходе из радиатора. С ее помощью можно не только регулировать температуру в комнате, но также изолировать радиатор от остальной системы для замены, обслуживающих и ремонтных работ.

Монтажные аксессуары, входящие в комплект поставки радиатора

Монтаж

Монтаж алюминиевых радиаторов можно заказать у специальной организации либо выполнить своими руками. При этом нужно знать последовательность действий, как проводить их наиболее правильно.

Подготовительные работы

Прежде чем начинать монтаж радиаторов своими руками, нужно рассчитать места их крепления и установить кронштейн. Для этого делают расчет, основываясь на строительных правилах установки радиатора:

• Не менее 10-ти см от подоконников,
• Около 12-ти см от пола,
• От 3-х до 5-и см от стены.

К стене кронштейн нужно крепить с помощью дюбелей, заделывая просверленные для них отверстия цементным раствором. Радиатор может быть напольный, то есть иметь в комплекте напольный держатель — подставку. При этом к стене его нужно крепить несильно, лишь для поддержки равновесия.

Сборка радиатора

Сам радиатор перед подключением нужно собрать, то есть установить необходимые элементы:

• Ввернуть радиаторные пробки и заглушки,
• Подсоединить запорную арматуру,
• Собрать терморегуляторы,
• Проверить надежность ниппелей,
• Крепить воздушные клапаны

Схема того, как разобрать алюминиевый радиатор и провести его сборку, должна прилагаться к новому прибору.

Внимание! Чтобы клапаны выполняли свою работу правильно, нужно сразу рассчитать, чтобы выпускные головки их смотрели вверх.

Затем радиатор можно укрепить на кронштейн. При этом крюки должны быть расположены между секциями. Также кронштейн участвует в процессе регулировки уровня установки радиатора.

Схема подключения

Схема подключения алюминиевого радиатора может быть:

• диагональная,
• боковая,
• нижняя.

Алюминиевые радиаторы с нижним подключением установлены на напольный кронштейн

Интересно! Схема подключения влияет на качество теплоотдачи, так как в некоторых вариантах теряется часть тепловой энергии. Так, боковая схема однотрубной системы отнимает до 15-ти % тепла батареи.

Подключение

Теперь можно подсоединить радиатор к системе. Для этого:

• Убедитесь, что в системе нет воды или она перекрыта в точках установки,
• Соедините секции с помощью затяжки на ФУМ-ленту,
• Закрепите радиатор к трубам посредством сгонов,
• Обязательно проведите опрессовку системы.

особенности разборки чугунных, алюминиевых и биметаллических батарей

Привет всем! этот короткий пост будет посвящен сборке или разборке секционных радиаторов отопления. Здесь мы поговорим про три вида радиаторов:

• Алюминиевые.
• Биметаллические.
• Чугунные.

Все они — секционные и поэтому их можно собирать и разбирать. Хотя некоторые производители специально изменяют ниппеля так, чтобы их радиатор нельзя было разобрать обычным ключом. Итак, я произнес непонятное слово — ниппель. Сейчас я покажу, что это такое:

Это обычная железка, на которой с одной стороны левая, а с другой правая резьба. Белое кольцо посередине — меж секционная прокладка. В данном случае она сделана из силикона, но может быть сделана из паронита. Диаметр ниппеля у алюминиевых и биметаллических радиаторов равен одному дюйму, а вот у советских чугунных радиаторов ниппеля имеют диаметр 1¼ дюйма. Это значит, что для этих отопительных приборов необходимы разные ключи. Вот теперь давайте поговорим о ключах.

Для разборки и сборки радиатора вам понадобится инструмент. Выглядит это «чудо техники» следующим образом:

Это не единственный вариант исполнения такого рода инструмента. В магазинах можно встретить множество конструкторских решений. Например, вот таких:

Независимо от того как выглядит ключ, его задача откручивать и закручивать ниппеля. Лично я всегда собирал радиаторы при помощи первого варианта ключа. Желательно, чтобы инструмент был изготовлен из закаленной стали. Иначе одного ключа вам хватит всего на несколько стыков, а потом он придет в негодность и придется покупать новый.

Для того, чтобы нарастить радиатор вам понадобится пара ниппелей, пара прокладок, ключ и желательно иметь помощника. Скручивать радиаторы одному крайне неудобное занятие. Для начала осмотрите торцы секций. Слой краски на торце может быть толстым и его необходимо будет зачистить при помощи ножа. На торце не должно остаться никаких наплывов и неровностей. Это в основном касается китайских приборов отопления, а у европейских слой краски обычно тонкий, ровный и не требует доработки ножом.

После обработки торцов вы должны увидеть следующую картину:

Только не нужно использовать для зачистки торца напильник! Вы можете повредить плоскости торцов и они перестанут обжимать прокладку.

Теперь покажу краткую фото-инструкцию по сборке/разборке радиатора. Итак, приступим:

Положите радиатор на стол лицевой стороной вверх. Потом вставьте в него ключ до того стыка, который нужно раскрутить. На данном рисунке ключ нужно крутить в сторону оребрения.

Немного открутив один стык, переставляйте ключ (в нижний или в верхний) и повторяйте операцию. В конце должен быть следующий результат:

Выкручивайте ниппеля до конца и все! Радиатор разобран!

Сборка радиатора осуществляется в обратном порядке. Смотрим следующие фото:

Здесь торцы секций уже зачищены и на ниппеля надеты прокладки. Идем дальше!

Ниппеля скручивают поочередно. При этом необходимо сжимать радиатор, чтобы ниппель одинаково заходил в обе секции. Иначе стык будет течь. Затем начинаем поочередно стягивать стыки. Делать это нужно по чуть-чуть, переставляя ключ с одного стыка на другой. Если вы резко закрутите один стык, то второй закрутить не получится из-за перекоса ниппеля. Он просто не пойдет по резьбе. Все должно быть так, как изображено ниже:

После того, как секции сомкнутся, вам необходимо с усилием протянуть стыки. Без этого они будут подтекать. Слишком много сил прилагать не надо, иначе можно сломать ключ или он проскользнет в ниппеле и вы нанесете себе травму его ручкой. К сожалению у меня не было возможности снять собственное видео по сборке-разборке радиатора, поэтому приходится пользоваться чужим, но как только будет возможность я его заменю на свое:

Для разнообразия давайте посмотрим как разбирают чугунные радиаторы:

Итоги статьи.

Итак, что же можно сказать в итоге? Если вам нужно убрать секции с радиатора, то тут нужно помнить один момент — легче это делать на новом приборе отопления! Ниппеля в простоявшем несколько сезонов радиаторе могут прикипеть и разобрать его будет нельзя. А вот добавить секции можно без особых проблем, если не считать добавление лишних кронштейнов для крепления к стене. В общем, проще все сделать сразу и потом не переделывать! На этом все, жду ваших вопросов в комментариях!

Существуют некоторые моменты в жизни, когда начинаешь задумываться о ремонте в жилом помещении. Одной из работ, которые необходимо исполнить, является демонтаж старого оборудования отопительной системы. В такие моменты и возникает вопрос, как разобрать алюминиевый радиатор отопления. Несмотря на всю сложность и важность данной затеи, осуществить демонтаж изделия достаточно легко, если подойди к решению проблемы ответственно.

Инструмент, который понадобится для выполнения работы

Первым делом, для работы следует узнать точные размеры алюминиевых батарей отопления. Для их измерения понадобится строительная рулетка или особый складной метр. Также, если оба вида приборов отсутствуют, можно воспользоваться стандартной ученической линейкой. Следует отметить, что большинство линеек имеет всего 30-ть сантиметров длины, потому придется делать пометки на радиаторе (лучше воспользоваться карандашом, который легко смывается с поверхности).

Каждая новая отметка будет концом предыдущего замера и началом нового. Полученные размеры плюсуются, и получается истинный размер. Разборка алюминиевых радиаторов требует и других инструментов, которые желательно использовать для проведения демонтажных работ, а именно:

• Полный комплект гаечных ключей (торцовых и накидных).
• Ключ радиаторный.
• Плоскогубцы.
• Отвертка.

Порядок выполнения работ по демонтажу старого отопительного оборудования

Стоит отметить, что некоторые производители техники имеют свои особенности, которые используют в конструкции. Они не слишком отличаются, но могут сильно изменить порядок выполнения работы и действия. Разборка алюминиевых радиаторов отопления может оказаться нелегкой без наличия документации к устройству. Также, не мешало бы определить вид радиатора.

Вторым пунктом является отсоединение радиатора от общей системы отопления. Обязательным условием является избавление от воды. Существует несколько отличий при выполнении данного процесса, так как алюминиевые биметаллические радиаторы отличаются по конструкции. На каждом из них имеется особая муфта, которая крепит шланг подачи воды к самому радиатору.

Возможно, осуществить демонтаж поможет алюминиевый радиатор в разрезе. Его можно найти на чертежах и эскизах. Ну а после того, как муфта будет свободно перемещаться по трубе, следует ее извлечь с резьбы. Снятый радиатор укладывается на ровную поверхность. Это может быть пол здания или же монтажный столик. Внутри радиатора может оставаться жидкость и некоторое количество грязи.

Во избежание попадания на чистую поверхность остатком из радиатора, под ним устанавливается картонная бумага или пленка. Отопительное устройство размещается лицевой стороной к монтажнику. В данном положении с одной стороны будет рассматриваться правая резьба, а с левой левая. Данное условие используется для наглядного примера выполнения действий, потому в реальной ситуации, после некоторых выполненных работ, положение может быть изменено.

Эти особенности не слишком важны для опытного монтажника, но станут серьезной проблемой для достижения результатов начинающими специалистами. Особого внимания требует и алюминиевый радиатор Радолит. Его конструкция и детали несущественно, но немного отличаются от вышеуказанной модели.

После размещения устройства в определенном выше положении, с него изымается особый фильтр. Главной задачей монтажника является моментальная очистка его от остатков. Если не провести данный процесс очистки, существует вероятность, что грязь застынет и фильтр, который можно использовать для установки нового оборудования необходимо будет выкинуть и установить новый, а это лишняя трата денег и времени. По окончанию чистки, берется торцовый ключ (накидной) и плавными неспешными действиями откручиваются элементы, соединяющие секции системы отопления.

Возможно, для совершения процесса откручивания, будет лучшим вариантом использовать ключ со специальной трещоткой. По осуществлению данного этапа, ключ сменяется радиаторным. Его конструкция настолько проста, что при его отсутствии он создается собственноручно, используя аппарат для сварки металлических изделий. С его помощью совершаем демонтаж ниппелей. Ключ для разборки алюминиевых батарей помещается на максимальную глубину ниппеля.

Обороты должны выполняться соответствующим способом, который позволит оставить резьбу нетронутой и целой. Под ниппелями имеется два вида прокладок. Силиконовые необходимо выбросить, а вторую прокладку очистить от остатков сора, пыли или грязи. В тот момент, когда будет осуществляться сборка устройства, силиконовые прокладки заменяются новыми.

Особое внимание следует уделить тому, что небольшое количество современных алюминиевых радиаторов не предназначены для разборки. Вероятность их разбора велика. Усилия, которые прикладываются в данный момент, максимальны. Главное то, что подобные изделия после разборки уже невозможно вернуть в прежний вид. Здесь следует проявить внимательность, а, возможно, и проконсультироваться со специалистом в данном вопросе.

На данном этапе, разборка системы отопления заканчивается. Все части его промываются, наносится на соединения герметик и смазка, ставятся новые прокладки, и собирается механизм по аналогии с процессом демонтажа. Только, операции выполняются с последнего пункта и постепенно продвигаются к вершине списка. Для качественного исполнения работ, нужно иметь сертификат соответствия на алюминиевые радиаторы.

Некоторые особенности чистки радиаторов

Главным условием правильного и эффективного использования изделия, является его чистота. Данную процедуру следует производить каждый год, когда прекращается отопительный сезон. Для чистки радиатора может понадобится:

1. Стальной трос.
2. Бронзовый порошок.
3. Эпоксидная смола.

Трос необходим для выполнения работ по зачистке поврежденного места, если такое образовалось. Эпоксидная смола и бронзовый порошок необходим для приготовления раствора, которым осуществляется замазка поврежденных поверхностей. Консистенцию раствора пользователь выбирает самостоятельно. Главным условием является то, чтобы смола не застыла до того, как будет нанесена на поврежденный участок системы отопления.

Чистка от остатков ржавчины, грязи, которая поступает в систему с водой, осуществляется после разборки, которая описывается выше.

После прочтения данной инструкции не должно остаться вопросов, но если они все же появились. Следует провести консультацию с профессионалом или же доверить ему выполнение данной работы.

Причин разобрать радиатор отопления может быть много. Возможно его нужно прочистить, заменить секцию, укоротить (после ). Для этого можно вызвать мастера и заплатить ему, но есть ли смысл?

Вы не поверите, но сделать это довольно просто. Разобрать радиатор отопления, алюминиевый, биметаллический или чугунный, можно своими руками.

Конструкция радиаторов и полезная информация

Независимо от того какой радиатор вы собрались разбирать – алюминиевый, биметаллический или чугунный, вам необходимо знать их внутреннее устройство.

Все секции радиаторов соединены между собой ниппель-гайками с наружной резьбой. Они вкручиваются посредине секций на одинаковую глубину.

Внутренняя часть ниппель-гайки не идеально круглая, а имеет выступы, чтобы ее можно было захватить и выкрутить. Резьба на ней обычно правая, но изредка попадается левая.

Ниппельные ключи бывают двух типов (см. фото). На одних есть квадратное посадочное место под ручку, с помощью которое его легче провернуть. На других – отверстие или ухо, в которое вставляется рычаг для проворачивания. Если вы не собираетесь заниматься постоянной разборкой и сборкой радиаторов, такой ключ можно взять в аренду.

Два варианта ниппельных ключей.

Если у вас есть под рукой ниппельный ключ без креплений, чтобы работать с ним воспользуйтесь газовым ключом.

Как разобрать алюминиевый радиатор отопления своими руками

В первую очередь нужно подготовить инструмент. Для работы потребуется разводной или рожковый ключ соответствующего размера (под муфты, вентили, заглушки). Для разборки нужен ниппельный ключ с рукоятью. Если рукояти нет, ее можно заменить газовым ключом.

Перед тем как разобрать радиатор, его, конечно же, нужно снять. Для этого вам необходимо перекрыть систему отопления и подождать пока батарея остынет (работы нельзя производить пока соединения нагреты).

В местах подачи воды обычно установлены вентили или муфтовые соединения. С помощью разводного или рожкового ключа открутите их так, чтобы они остались на трубах, а не на радиаторе. Снимите радиатор с креплений на стене.

В верхней и нижней части с торца установлены заглушки или . Чтобы их снять подойдет обычный гаечный ключ. Снимите их только с одной стороны – левой или правой. Иногда на заглушках указана маркировка направления резьбы. Левая обозначена буквой «S», правая – буквой «D».

Внутри радиатора, на местах соединения секций, установлена ниппельная гайка (см фото) с наружной резьбой. Вставьте внутрь ниппельный ключ так, чтобы его головка попала в нее. Попробуйте прокрутить его влево или вправо – бывают гайки с левой и правой резьбой.

Так выглядит ниппельная гайка для алюминиевых и биметаллических радиаторов.

Когда вы определили в каком направлении идет резьба, открутите гайку на два полных оборота. После этого сделайте то же самое с другой стороны. Так вы сможете равномерно открутить гайку, не нарушив геометрии радиатора.

Как разобрать биметаллический радиатор отопления

Перед тем как разобрать биметаллический радиатор, проверьте из какого металла сделана его сердцевина. Если внутренняя часть секций изготовлена из меди, есть риск деформировать торцы горизонтальных трубок. В дальнейшем это приведет к нарушению герметичности радиатора.

Чтобы избежать повреждения медной сердцевины, используйте два ниппельных ключа. Как только вы сорвали с места соединительные гайки, работайте ими синхронно (см фото). Если второго ключа нет, то поворачивайте каждую сторону по отдельности не более чем на один поворот.

Одновременная работа двумя ниппельными ключами при разборке биметаллического радиатора.

Порядок действий при разборке биметаллического радиатора такой же, как и алюминиевого:

1. Отключите систему отопления и дождитесь полного остывания батареи;
2. Снимите ее со стены;
3. Вставьте ниппельный ключ так, чтобы его головка попала в соединительную гайку;
4. Откручивайте ее так, как было описано выше.

Как разобрать чугунный радиатор отопления

Разобрать чугунную батарею гораздо сложнее, чем алюминиевый или биметаллический радиатор. Как правило, ее возраст гораздо больше, поэтому все соединения безнадежно прикипели, поэтому вам придется попотеть.

Для работы потребуется следующий инструмент:

1. Ниппельный ключ;
2. Газовый ключ, желательно с длинной рукоятью;
3. Болгарка.

В домах старой постройки чугунные батареи нередко приваривали к трубам. Поэтому придется отрезать куски труб со всех сторон, где они подведены к радиатору.

Если на трубах есть соединительные муфты (см фото) или гайки – открутите их газовым ключом. Бывает так что они намертво прикипели, а в пазы попала краска. В таком случае смочите места стыков растворителем чтобы убрать краску, после чего обработайте их преобразователем ржавчины.

Мувда для подключения чугунного радиатора к трубам отопления.

Снимите чугунный радиатор с крюков крепления в стене и положите на горизонтальную поверхность. Вставьте в него ниппельный ключ так, чтобы он дошел до нужной гайки и попробуйте ее открутить.

Гайка может иметь левую и правую резьбу, попытайтесь сорвать ее в обоих направлениях. Если не получается этого сделать, не прикладывайте чрезмерного усилия – чугун довольно хрупкий металл, и вы рискуете сорвать резьбу. Лучше воспользуйтесь растворителем и преобразователем ржавчины.

После того как гайка начала откручиваться, попеременно проворачивайте ее на два оборота в верхней и нижней части секции, чтобы она не пошла на перекос.

Что делать если чугунная батарея не разбирается?

Бывают такие случаи, что система отопления старая и все очень запущено. Один из способов разъединить секции – прогреть их. Для этого прогревайте место стыка паяльной лампой, пока сплав не приобретет малиновый оттенок и пытайтесь сорвать гайку. Если получилось это сделать – не откручивайте ее, а повторите процедуру с другой стороны секций.

Если невозможно разобрать чугунный радиатор обычным путем, придется воспользоваться болгаркой.

Не пробуйте разбивать место стыка секций зубилом, молотком или кувалдой. Так вы рискуете безнадежно повредить обе секции.

Разрезайте секции так, чтобы круг болгарки проходил точно в месте их соединения. Так вы минимально их повредите и в дальнейшем это не повлияет на качество эксплуатации батареи.

Части соединительной гайки, которые остались после разрезания, можно выбить длинным зубилом и молотком. Но делать это нужно аккуратно. Процесс таков:

Поставьте секцию так, чтобы разрезанная была направлена вниз и никуда не упиралась – ей нужен свободный ход.

С внутренней стороны секции приставьте к ней зубило и простукивайте по кругу, чтобы она выходила равномерно. Сначала не прилагайте особых усилий, простукивайте с каждым разом все сильнее.

Когда гайка начнет выходить – не увеличивайте силы удара. Постепенно выбивайте ее, пока она не выйдет полностью.

Если гайку не получается выбить и она засела намертво – тут уж ничего не поделать. Придется высверливать ее и нарезать новую резьбу, либо пытаться вычистить старую.

Подведем итоги

Как видим, разобрать алюминиевый или биметаллический радиатор своими руками несложно. Главное, что нужно – иметь ниппельный ключ и придерживаться технологии.

С разборкой чугунной батареи могут возникнуть проблемы, но и их можно решить. Придется попотеть и работать руками, но это выгоднее чем платить мастеру.

Потребность в разборке батареи отопления может возникнуть по разным причинам, к примеру, если место соединения секций стало подтекать либо на одном из ребер появилась трещина. В большинстве случаев можно сохранить прибор путем удаления испорченного ребра или герметизации стыков. Ниже мы подробно ознакомимся с данной операцией, которая позволит вернуть радиатору первоначальную эффективность.

Общие сведения

Еще не так давно в исключительно чугунные радиаторы, однако, в настоящее время выбор отопительных приборов существенно расширился, в частности появились алюминиевые и металлические батареи. Причем каждый их вид обладает своими конструкционными особенностями, соответственно, процесс их разборки выглядит по-разному.

Поэтому ниже мы рассмотрим, как разобрать батареи отопления своими руками всех наиболее распространенных типов.

Совет!
Чтобы очистить прибор от накипи и прочих загрязнений, его необязательно разбирать.
Существуют специальные жидкие составы, которые качественно справляются с поставленной задачей.

На фото — ключ для радиаторов

Разборка

Инструменты

Прежде чем приступить к разборке батарей, необходимо подготовить следующие инструменты:

• Ключи для разборки батарей – 1 дюймовый для биметаллических и алюминиевых приборов и 5/4 для чугунных.
• Сантехнический разводной ключ ;
• Паяльная лампа ;
• Газовый ключ .

Чугунные

Вне зависимости от типа радиатора, прежде чем разобрать его, необходимо перекрыть подачу теплоносителя, слить с него всю жидкость и затем демонтировать. Как правило, чугунные радиаторы подвешиваются на крюках-кронштейнах. Поэтому для демонтажа достаточно отсоединить их от трубопровода, для этих целей следует воспользоваться сантехническим разводным ключом.

Дальнейшая же работа осуществляется в следующем порядке:

Совет!
Параллельно с описанной работой можно подкорректировать количество секций, к примеру, установить дополнительные либо наоборот – убрать лишние.
В случае добавки секций необходимо установить и дополнительные кронштейны.

На этом процесс разборки чугунной батареи завершен. Теперь, можно ее покрасить и установить на место.

Алюминиевые и биметаллические

Теперь рассмотрим, как разобрать алюминиевый радиатор отопления. Следует отметить, что изложенная ниже информация касается и биметаллических приборов, так как они имеют одинаковую конструкцию.

Процесс разборки во многом напоминает , однако, имеются и некоторые нюансы:

• Ниппеля меньших размеров, соответственно, для них используются другие ключи.
• Биметаллические и алюминиевые приборы, как правило, представляют собой новые изделия, соответственно для срыва резьбовых соединений не требуются значительные усилия, как в случае с чугунными приборами.
• На лицевой стороне заглушек имеется обозначение правой или левой резьбы.
• Обладают значительно меньшим весом, чем чугунные аналоги.

Все это значительно упрощает и ускоряет процесс сборки/разборки. Единственное, работу следует выполнять аккуратно, чтобы не повредить краску. Для этого, перед тем как разобрать биметаллический радиатор или алюминиевую батарею, нужно застелить площадку тряпками.

Обратите внимание!
Между секциями современных приборов установлены металлические прокладки.
После разборки крайне важно их зачистить и протереть, чтобы они были идеально гладкими, так как от этого зависит герметичность соединений.

Следует отметить, что многие модели алюминиевых приборов неразборные. Их, конечно, разобрать можно, но собрать уже не получится. Вот, собственно, и вся инструкция по сборке и разборке радиаторов разных типов.

Вывод

Процесс разборки радиаторов довольно простой, однако, сложности могут возникнуть с чугунными батареями, по причине «прикипания» деталей. Но, если придерживаться изложенных выше рекомендаций, справиться с поставленной задачей под силу каждому домашнему умельцу. Единственное, для этого необходимо иметь весь необходимый инструмент, который перечислен выше.

Получить дополнительную полезную информацию по озвученной теме можно из видео в этой статье.

Термин «батарея» относится ко всем секционным отопительным приборам алюминиевого, стального, биметаллического и чугунного типа. Для соединения отдельных секций применяются верхние и нижние ниппель-гайки.

Теоретическая часть

Ниппель-гайками именуются уплотнители кольцевого типа, оснащенные наружной резьбой по обоим торцам элемента. Во внутренней части имеются специальные пазы, предназначенные для установки радиаторного ключа. Вращая его в ту или иную сторону, можно проводить смыкание или размыкание отдельных секций.

Разбирают батареи отопления по секциям, как правило, в таких случаях:

1. Во время монтажа системы отопления.
2. Когда производится наращивание батареи дополнительными секциями.
3. Если радиатор начал протекать.

Биметаллические и алюминиевые батареи

Перед тем, как разобрать алюминиевый радиатор, необходимо приготовить необходимые приспособления.

Роль главного инструмента отводится ниппельному ключу:

• Это пруток из стали длиной около 70 см. На один из его концов необходимо приварить рабочую часть ключа 24х40 мм, а второй оснастить сквозным отверстием.
• Металлический стержень. Его вставляют в отверстие на конце прутка, что позволяет заметно упростить процедуру раскручивания гаек.

Ключ имеет серию насечек, шаг между которыми указывает на ширину одной секции.

Перечень операций, как разобрать радиатор отопления своими руками:

1. Перед тем, как разобрать биметаллический радиатор, необходимо определиться, в какую сторону вращать ключ. Для этого радиатор размещается на поверхности пола так, чтобы его лицевая часть оказалась вверху. В таком положении правая резьба будет находиться справа, а левая – с лева.
2. Существует и более простой способ. Нужно взять ниппель и одеть его по очереди слева и справа. Если перепутать стороны, это может закончиться срывом резьбы и поломкой секции.
3. На радиаторах западного производства футорки и заглушки с лицевой части маркируются следующим образом: левая резьба обозначается, как S, правая – как D.

Порядок раскручивания правосторонней секции радиатора

Как разбирается биметаллический радиатор отопления правостороннего типа:

• Ключ вставляют так, чтобы его «лопатка» вошла в верхнее отверстие: для фиксации там имеется специальный паз.
• Далее, приложив силу, поворачивают инструмент против часовой стрелки. В результате этого необходимо добиться смещения гайки с места.
• На этой стадии разборки биметаллического радиатора понадобиться вышеупомянутый пруток. Его вставляют внутрь кольца на ниппельном ключе, добившись таким образом создания рычага. Это заметно облегчит работу, для реализации которой потребуются значительные усилия.
• Произведя два полных оборота, ключ необходимо переместить на нижний участок радиатора. После этого процедура повторяется.
• Снова установив ключ сверху, делают два оборота: поочередность действий повторяется до полного откручивания секции. Такой алгоритм действий, как разобрать алюминиевый радиатор отопления, позволяет уберечься от перекосов.

Как разобрать чугунные батареи своими руками

Чаще всего дома и квартиры старой планировки оснащаются чугунными батареями МС-140. Для сборки их секций также используются ниппельные гайки и уплотнительные прокладки. Особенно сложно провести разборку старой батареи, т.к. по ходу ее длительной эксплуатации промежутки между секциями закипели от ржавчины. Как правило, в таких случаях ниши для ключей разъедаются теплоносителем. Также важно держать в памяти значительную массу чугуна. К примеру, вес одной батареи на 12 секций составляет 90 кг: с таким изделием справиться в одиночку будет затруднительно.

Для реализации процедуры потребуются следующие инструменты:

• Ниппельный радиаторный ключ.
• Сантехнические приспособления для отвинчивания футорок и заглушек.
• Небольшая кувалда и зубило.
• Паяльная лампа (ее можно заменить строительным феном).
• Стальная щетка.
• Деревянные бруски для установки батареи на пол.

В роли радиаторного ключа используется сплющенный с одного конца металлический стержень круглой формы, диаметром 18-20 мм. Размеры сплющенной части — 28×40 мм, при толщине 6 мм. На противоположный край прута приваривают кольцо, через которое продевается рычаг. Длиной радиаторный ключ должен быть, как половина самой большой батареи на 12 секций, плюс 30 см.

Процедура разборки

Разъединить прикипевшие межсекционные стыки очень непросто. В некоторых случаях они прикипают так сильно, что бессильными оказываются даже значительные физические усилия. В подобных ситуациях стыки перед разборкой прогреваются с помощью паяльной лампы или фена.

Как разобрать радиатор отопления из чугуна:

• Чугун прогревают паяльной лампой до тех пор, пока он не начнет издавать малиновое свечение. После этого можно начинать процедуру разборки.
• Первым делом необходимо вывернуть заглушки.
• Радиаторный ключ подводится к верху батареи: его головка должна попасть на участок отвинчивания ниппель-гайки. На торце секции нужно с помощью мела отметить круг расположения стержня инструмента.
• Сплющенная часть вставляется в нижний внутренний паз. Далее, перемещая инструмент в нужном направлении, доводят его до отмеченного круга.

Перед началом операции важно выяснить, в какую сторону необходимо проводить скручивание секций. При наличии ниппельной гайки ее по очереди накручивают на правый и левый торец батареи: это дает возможность определиться с направлением вращения ниппеля. Если резьба сдвинется, полное откручивание производить не следует. Чтобы избежать перекосов, верхний и нижней ниппели нужно поочередно отвинчивать на один полный оборот.

Автоматизация разборки для переработки отработанных литий-ионных аккумуляторных элементов

Модуль обрезки пакетов

В этом модуле передний край пакета, на котором расположены выступы электродов, обрезается, таким образом отделяя каждый из слоев электродов от электродов. действующая коллекторская структура. Уплотнения противоположных боковых сторон также удаляются, так что ламинированный полимером корпус из алюминиевой пленки может быть полностью отделен от компаунда.

Как показано на рис. 3, модуль обрезки пакетов состоит из трех основных компонентов: набора ножей обрезки, набора основы обрезки и набора конвейерных роликов.Комплект обрезных ножей представляет собой трехстороннюю алюминиевую раму с усиленными отламывающимися ножами, соответственно закрепленными в своих пазах. Каждое лезвие наклонено на 25 градусов от горизонтального направления для уменьшения силы сопротивления резанию, а также для поддержания скорости резания. Нижнее основание для обрезки взаимодействует с набором инструментов для обрезки в процессе обрезки, обеспечивая прочную опору для двухслойной алюминиевой пленки, ламинированной полимером. Зазор между режущими лезвиями и краями нижней обрезной базы контролируется на уровне <0.3 мм, в то время как края верхней основы обрезки сохраняют расстояние 0,5 мм от ножей обрезки для защиты регуляторов скорости и предотвращения излишнего сопротивления резанию. Два комплекта конвейерных роликов, каждая из которых состоит из пяти шестерен силовой передачи и трех полиуретановых роликов 25A, собраны внутри как нижнего, так и верхнего оснований обрезки вместе с вращающимися валами и шарикоподшипниками. Эти ролики с шероховатой поверхностью могут удерживать ячейку мешочка на месте, а также транспортировать мешочек без скольжения.

Фиг.3

(a) CAD-дизайн и (b) прототип модуля удаления пакета

Сценарий обработки процесса обрезки пакета выглядит следующим образом:

1. 1.

   Загрузите полностью разряженную ячейку пакета в основание обрезки.

2. 2.

   Конвейерные ролики перемещают пакет в положение обрезки.

3. 3.

   Набор инструментов для обрезки движется вниз к основанию обрезки и обрезает три кромки корпуса.

4. 4.

   Ступень линейного движения перемещает основание обрезки вперед.

5. 5.

   Конвейерные ролики доставляют обрезанный пакет к следующему модулю.

Модуль снятия корпуса

В этом модуле оставшийся ламинированный полимером корпус из алюминиевой пленки отделяется от обрезанного мешочка. Следовательно, восстановление ламинированной полимером алюминиевой пленки из EOL LIB выполняется в этом модуле. На рис. 4а показана основная процедура растягивания корпуса и извлечения ESC, а на рис. 4б показан прототип этого модуля.

Рис. 4

(а) Схема и (б) прототип модуля извлечения мешочка

Модуль извлечения корпуса состоит из трехэлементного устройства захвата со специальными функциями: транспортировочная ручка, вакуумная ручка и зажимная ручка. Транспортировочная ручка, установленная на поворотном основании, предназначена для удержания и транспортировки обрезанного мешка и ESC. Расстояние между двумя плоскими плечами в их параллельном положении равно толщине целевого ядра пакета. Вакуумный захват оснащен регулируемой по высоте вакуумной чашкой на каждом рычаге, приводимой в действие воздушными насосами 12 В постоянного тока.Эти присоски сильфона изготовлены из полупрозрачного силикона, который обеспечивает достаточную адаптацию к неровной поверхности корпуса из алюминиевой пленки, ламинированной полимером. Зажимная ручка представляет собой приспособление с неподвижным плоским основанием и вертикально перемещаемым верхним зажимом. Ширина и глубина канавки на подвижном верхнем зажиме совместимы с размером целевых ячеек пакета, чтобы поддерживать и направлять ESC, в то время как вакуумная рукоятка отслаивается от обрезанного корпуса.

Сценарий обработки процесса извлечения пакета выглядит следующим образом:

1. 1.

   Транспортировочная ручка извлекает обрезанный мешочек из основы обрезки.

2. 2.

   Поворотное основание поворачивается на 90 градусов для подачи обрезанного пакета в зажимную ручку.

3. 3.

   Зажимная ручка зажимает необрезанную сторону сердцевины пакета.

4. 4.

   Поворотное основание вращается на 45 градусов, чтобы отвести зажимную рукоятку от рабочего пути вакуумной рукоятки.

5. 5.

   Вакуумный захват закрывает зажимы, а вакуумные колпачки фиксируют верхнюю и нижнюю стороны корпуса из алюминиевой пленки, ламинированной полимером.

6. 6.

   Зажимы вакуумной рукоятки отрывают верхнюю и нижнюю стороны корпуса из алюминиевой пленки, ламинированной полимером, до тех пор, пока передний край ESC не будет полностью обнажен.

7. 7.

   Поворотное основание поворачивается назад на 45 градусов.

8. 8.

   Транспортировочная ручка захватывает ESC.

9. 9.

   Зажимы вакуумного зажима ламинированного полимером корпуса из алюминиевой пленки дополнительно открываются до его 180-градусной конфигурации, в то время как необрезанная сторона корпуса проталкивает компаунд электрода-сепаратора в транспортировочный захват.

10. 10.

    Ламинированный полимером корпус из алюминиевой пленки попадает в систему рециркуляции после отключения насоса 12 В постоянного тока.

11. 11.

    Транспортировочная ручка перемещает ESC в следующий модуль.

Модуль сортировки электродов

Разделение катодов, анодов и сепараторов является критически важным процессом для любых процессов переработки LIB. Он напрямую влияет на чистоту и скорость извлечения черной массы. Предлагаемая нами стратегия сортировки электродов извлекает катодные листы и анодные листы соответственно без приложения разрушающих сил.При автоматическом растяжении и подаче Z-образного сепаратора катодные и анодные листы, прикрепленные к противоположным сторонам сепаратора, соскабливаются специальными наборами инструментов, как показано на схеме, показанной на рис. 5а. Поскольку обычно используемое связующее из поливинилиденфторида (ПВДФ) может быть удалено путем растворения в органических растворителях или разложения при температурах> 400 ° C, доступны 11 различных комбинаций химической, термической и механической обработки для нарушения адгезии между алюминиевой фольгой и катодное покрытие.Прототип этого модуля показан на рис. 5б.

Рис. 5

(а) Схема и (б) прототип модуля сортировки электродов

Модуль сортировки электродов состоит из четырех аппаратов: вакуумного конвейера, направляющих столбов, затачивающих лезвий и набора прижимных роликов. Вакуумный конвейер — это вакуумная чашка с регулируемой высотой, встроенная в платформу X – Y движения. Воздушный насос 12 В постоянного тока позволяет вакуумному стакану переносить верхний слой сепаратора в продольном направлении к прижимным роликам.Эти уретановые прижимные ролики с твердостью на 35 А могут непрерывно подавать сепаратор вперед, в то время как направляющие стойки из нержавеющей стали и отрывные ножи для зуботочения работают парами, соскребая электроды с сепаратора. После того, как первый направляющий столб прижимается к мягкому разделителю, передний край электродных листов отделяется от разделителя из-за более низкой податливости катодных листов к деформации. Поскольку сепаратор все еще катится вперед, первое лезвие зуботочения будет искать путь через зазор между передним краем катодных листов и сепаратором.Катодные листы упадут в сборный бункер под действием силы тяжести. Анодные листы, прикрепленные к верхней поверхности сепаратора, соскабливаются вторым направляющим стержнем и затачивающим ножом в аналогичной последовательности.

Сценарий обработки процесса извлечения пакета выглядит следующим образом:

1. 1.

   Вакуумный конвейер закрепляет верхний слой Z-образного сепаратора и подает его через набор прижимных роликов.

2. 2.

   Набор прижимных роликов сжимает верхний слой сепаратора, когда вакуумный конвейер освобождает вакуум.

3. 3.

   Первая направляющая стойка и второе лезвие зуботочения опускаются вертикально, чтобы прижать сепаратор.

4. 4.

   Набор прижимных роликов непрерывно подает сепаратор вперед до тех пор, пока пленка сепаратора не будет полностью снята.

5. 5.

   Компоненты электродно-разделительной смеси разделяются в три сборных бункера соответственно для дальнейшей обработки.

Архитектура управления

Всего в прототипированной системе разборки было установлено 11 шаговых двигателей, 22 концевых выключателя, 3 серводвигателя и 3 насоса.Реализация этого разработанного сценария обработки для всех трех модулей в значительной степени зависит от интегрированной архитектуры управления. Поэтому была выбрана платформа LabVIEW для автоматизации шаговых двигателей, концевых выключателей, серводвигателей и вакуумных систем. Эта платформа системного проектирования предлагает большую гибкость для модификаций дизайна, что принесет пользу будущей оптимизации этого проекта. Производная архитектура управления прототипом системы автоматической разборки показана на рис. 6.

Рис.6

Архитектура управления прототипной автоматической системы рециркуляции

Платы управления перемещением Stepoko (MCD) с прошивкой GRBL использовались в качестве локальных контроллеров для шаговых двигателей и концевых выключателей. Каждый модуль был оснащен одним или двумя MCD для достижения заданного линейного движения, а также для перемещения наборов инструментов в их исходное положение. Между тем, все три серводвигателя и три вакуумных насоса постоянного тока управлялись одной платой Arduino Mega 2560 R3. LabVIEW, который служил системным контроллером для ансамбля, показанного на рис.7, был в состоянии контролировать функции передачи обслуживания между модулями и указывать время событий для сбора системных данных.

Рис. 7

Обзор прототипированной системы разборки

Проверка концепции

Для обеспечения безопасности операторов на текущем этапе создания прототипа были использованы пустые ячейки мешка для проверки выполнимости спроектированной системы разборки. В ячейках фиктивного мешочка нетоксичные материалы заменили ключевые компоненты функциональных LIB с аналогичными физическими свойствами.Внешние размеры ячеек фиктивного пакета составляли 50,0 мм × 60,0 мм × 5,8 мм с допуском ± 0,5 мм. Эти значения соответствуют размеру LIB H605060 2000 мАч, которые будут нашими тестовыми объектами для будущего развития этой системы.

Пневматическая полуавтоматическая линия сборки LIB с Z-образным складыванием, используемая для сборки фиктивных ячеек, показана на дополнительном рисунке S-2; Картон толщиной 0,3 мм был обрезан высекальной машиной для замены токосъемников с двойным покрытием. Затем фальцевальная машина укладывала эти картоны в стопку с помощью сепаратора непрерывного действия, чтобы сформировать макет ESC, который содержался внутри ламинированной полимером алюминиевой пленки, штампованной машиной для формования пакетов.После того, как две боковые кромки штампованного корпуса были запечатаны термосварочной машиной, внутрь пустых ячеек залили разбавленный 3 М жидкий клей, чтобы имитировать адгезию между электродами и сепаратором. Корпус из ламинированной полимером алюминиевой пленки был окончательно вакуумирован и герметизирован в камере вакуумного запечатывающего устройства.

Герметичные фиктивные элементы были затем разобраны с помощью прототипа автоматической системы разборки. На рисунке 8 показаны четыре ключевых кадра из записей тестирования каждого модуля.Обработка сценариев 2, 3, 4 и 5 модуля обрезки последовательно показана на рис. 8a. Материальный поток в единственном кадре на рис. 8b и c идет с правой стороны на левую для более ясной интерпретации. Четыре кадра на рис. 8b соответствуют сценариям обращения 1, 4, 8 и 11 модуля снятия корпуса. Повторное использование ламинированной полимером алюминиевой пленки осуществляется в четвертом кадре на рис. 8b. Корпус из алюминиевой пленки отваливается от чашки сильфона после того, как насос постоянного тока сбросит вакуум.Четыре кадра на фиг. 8c соответствуют сценариям работы 1, 3, 4 и 5 модуля сортировки электродов. Как показано в четвертой рамке фиг. 8c, ясно, что синие картоны, представляющие катодные листы, зеленые картоны, представляющие анодные листы, и разделитель были успешно отделены и сохранены в трех положениях. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на тестировании существующей прототипной системы разборки с LIB H605060 2000 мАч в инертной атмосфере и разработке модуля разматывания для ячеек мешочка с намотанными ESC (см. Дополнительный рисунок S-3).

Рис. 8

Двенадцать ключевых кадров, соответствующих (a) сценарию обработки 2, 3, 4 и 5 модуля обрезки, (b) сценарию обработки 1, 4, 8 и 11 модуля удаления корпуса и (c) сценарий обработки 1, 3, 4 и 5 модуля сортировки электродов

Наконец, мы хотим указать на ограничения спроектированной автоматизации разборки. Например, текущему прототипу не хватает гибкости для обработки сильно деформированных элементов, присутствующих в потоке рециркуляции батареи.Кроме того, в некоторых конструкциях аккумуляторов слои электрода аккумулятора и разделительного листа склеиваются вместе, что создает проблемы для процесса зачистки и сортировки электродов. Для решения этих проблем необходимы дополнительные этапы лечения или более гибкие и разумные конструкции.

Нежелательная батарея — 2,65 В перезаряжаемый алюминий-ионный аккумулятор: 12 шагов (с изображениями)

Моя первоначальная ячейка на самом деле представляет собой «Вариант: лом алюминиевых трубок и графитовый стержень», который приводится ниже в этом руководстве. Эта инструкция — моя первая попытка создать плоскую ячейку.Ниже приведен список ингредиентов, конструкция и то, что я считаю теорией, лежащей в основе клетки.

Самые основные ингредиенты:

Жидкое стекло — силикат натрия — не требует много.

Алюминий

Мочевина

Соль (NaCl)

Бора

Эпсомская соль

Базовый процесс сборки: (рекомендуется вариант с алюминиевой трубкой)

1. Покрасьте алюминиевую поверхность «внутри» водяным стеклом (натрий силикат). Он прореагирует и образует белый гель и темный гель.Он будет выделять водород и нагреваться во время этой реакции … так что будьте осторожны.

2. Вы можете поместить на него разделитель для бумаги или волновую бумагу и оставить на 24-48 часов.

3. Смешайте суспензию из мочевины, соли, буры и эпсома в равных частях. Вы также можете добавить небольшое количество водяного стакана, чтобы ослабить его.

4. Нанесите смесь на разделитель бумаги.

5. Вставьте / наложите графитовый электрод. Вы также можете попробовать медь, но я еще не пробовал.Вероятно, у вас будет немного более низкое напряжение ~ 2,25 В

6. Начальное напряжение элемента должно быть около 1,3-1,4 В — я не уверен на 100%, почему … но это дает вам представление о том, что он работает.

7. заряд> 3,5в, разряд через белый светодиод. возможно более высокое напряжение (4–10 В), но при этом будет образовываться газообразный хлор, что является плохой новостью. Насколько я могу судить, это в конечном итоге не влияет на батарею. Он может пузыриться из-за того, что кажется водой с растворенным AlCl. Не стоит прикасаться или глотать.

8. Иногда оставляйте его на ночь без подзарядки.

9. повторить 6/7 — и аккум потихоньку поправится.

10. Ячейку можно переплавить в алюминий, если вы захотите ее переработать … вы можете добавить щелок, чтобы дезактивировать любые соли в электролите.

11. Первые 10 или около того зарядов могут немного разочаровать. Продолжайте в том же духе, вы увидите, что постепенно оно улучшается.

Моя рабочая теория:

1. Жидкое стекло (силикат натрия) реагирует с алюминием с образованием (силикат алюминия — родственник глины).Это «белый гель»

2. «Свободный» натрий реагирует с водой с образованием щелока (NaOH).

3. Щелок реагирует с алюминием с образованием гидроксида алюминия (и водорода)

4. Бура (тетраборат натрия) и соль (NaCL) уже содержат ионы натрия, поэтому не вступайте в реакцию

5. Сульфат магния Я добавил, так как магний гораздо более реактивен, чем алюминий, и я считаю, что он может помочь поддерживать электролит. Возможно, в этом нет необходимости.

6. При перезарядке ячейки NaCl превратится в NaOH и хлор.

7. Хлор реагирует с AlOH и Al с образованием AlCl

8. Затем мочевина помогает создать глубокий эвтектический растворитель с AlCl, действующим как наш электролит.

9. Ионы алюминия внедряются в графит, но при разряде соединяются с силикатом алюминия.

10. Я считаю, что силикат алюминия и силикат натрия — это «карусель», которая заставляет процесс работать, и по мере того, как в смеси становится все меньше и меньше воды, мы находим идеальный баланс, позволяющий батарее работать хорошо.

11. Я не уверен, что бура и эпсом нужны, но по моему опыту они улучшают работу батарей.

Review — Посмертный анализ устаревших литий-ионных батарей: методология разборки и методы физико-химического анализа

Увеличение срока службы — важный вопрос при разработке литий-ионных аккумуляторов. Механизмы старения, ограничивающие время жизни, можно эффективно охарактеризовать с помощью физико-химического анализа старых клеток с помощью множества дополнительных методов.В этом исследовании содержится обзор современной литературы по посмертному анализу литий-ионных элементов, включая методологию разборки, а также методы физико-химической характеристики материалов аккумуляторных батарей. Подробная схема посмертного анализа выведена из литературы, включая предварительный осмотр, условия и безопасную среду для разборки ячеек, а также разделение и постобработку компонентов. Особое внимание уделяется характеристике состаренных материалов, включая аноды, катоды, сепараторы и электролит.В частности, подробно рассматриваются микроскопия, химические методы, чувствительные к поверхностям электродов или к объему электродов, и анализ электролитов. Методы дополняются электрохимическими измерениями с использованием методов реконструкции электродов, встроенных в половинные и полные ячейки с электродом сравнения. Критически обсуждаются изменения, происходящие с материалами в процессе старения, а также способность рассмотренных методов анализа их наблюдать.

Литий-ионные батареи

в настоящее время используются в повседневных объектах, таких как смартфоны, электроинструменты и планшетные компьютеры, а также в растущих областях легких электромобилей (LEV), беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), аккумуляторных электромобилей (BEV). , гибридные электромобили (HEV) и подключаемые гибридные электромобили (PHEV). ^1–4 Кроме того, рост возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, которые доступны только периодически, требует надежных и очень гибких стационарных решений для хранения энергии, которые обеспечивают высокую емкость и предсказуемый срок службы. ^2,5

Старение литий-ионных аккумуляторов является общей проблемой для производителей, поскольку они должны гарантировать долгосрочную надежность своей продукции. Для современных ячеек эффекты деградации на уровне материала приводят к снижению емкости и увеличению сопротивления на уровне элементов. ^6–28 Состояние старения батареи часто характеризуется состоянием здоровья (SOH) в% согласно ^{3,16,22,29–31}

, где t представляет время старения. В общем, нужно различать езда на велосипеде ^{7,16,18,21,23–25,32} и календарное старение. ^{7,19,21–24,27} Поскольку коммерческие литий-ионные элементы могут подвергаться календарному старению в период между производством и доставкой, рекомендуется измерять разрядную емкость при t = 0 для каждого элемента, который подвергается воздействию тест на старение.Поскольку разрядная емкость зависит в основном от температуры, глубины разряда (DOD) и тока разряда, SOH обычно контролируется регулярными проверками с определенными наборами параметров, ^{7,16,21,23,24} , которые могут варьируются в зависимости от приложения. Обычно температура 25 ° C, ^16,22,24 DOD 100%, ^16,21 и скорость разряда 1C ^{7,16,21,22,24} или ниже ²³ используются в осмотры.

Снижение производительности на уровне элемента в основном связано с реакциями химического разложения материала и на уровне электродов (см. Рисунок 9). ^{3,9,15–17,25,28,33–41} В этом смысле полное понимание механизмов деградации, происходящих внутри клеток, имеет решающее значение для увеличения времени их жизни.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. Обзор механизмов старения, касающихся деградации электрода и разрушения материала. Обратите внимание, что механизмы деградации электрода могут происходить как на анодной, так и на катодной стороне, хотя на этой иллюстрации они показаны только для одного конкретного электрода.Указаны методы анализа для наблюдения соответствующих явлений. В скобках указаны методы с ограниченным доступом к механизму старения.

Чтобы сделать вывод о механизмах старения, необходимо разобрать клетки и проанализировать соответствующие компоненты клеток. Для глубокого понимания процесса старения батареи важна гомогенизированная процедура, включающая вскрытие, разборку, обработку образцов и анализ, чтобы избежать повреждения, загрязнения и модификации компонентов ячейки, а также для получения интерпретируемых данных.

Однако, как показано на корпусе почти каждого коммерческого литий-ионного элемента, разборка не рекомендуется производителями. Это связано с угрозами безопасности, например возможность создания коротких замыканий при открытии ячейки, что может привести к тепловому разгоне ячейки. Кроме того, существуют серьезные проблемы со здоровьем, которые возникают из-за химических соединений и риска повреждения образцов из-за неправильной обработки. ³⁰ Однако при соблюдении определенных протоколов разборка литий-ионных элементов безопасна и дает надежные результаты в отношении состава встроенных материалов и изменений во время старения.

В 2011 году Williard et al. представили методику анализа вышедших из строя литий-ионных аккумуляторов, например после теплового разгона. ³⁰ Однако, насколько нам известно, не существует стандартного метода разборки и анализа устаревших литий-ионных элементов, хотя до сих пор было проведено много исследований, включающих безотказную разборку устаревших батарей. ^{12,16,17,25,26,28,32,42–47}

В этой статье мы рассматриваем современные методы разборки старых литий-ионных элементов, а также физико-химические методы анализа материалов из разобранных элементов.Для каждого метода обсуждаются выявленные механизмы старения и наблюдаемые изменения на уровне материала, происходящие при старении. Особое внимание уделяется вопросу, какие изменения можно наблюдать с помощью конкретных методов анализа. Наконец, мы сделаем вывод о комбинациях методов, чтобы получить полное представление о процессах старения.

Предварительный осмотр и неразрушающие методы перед вскрытием литий-ионных ячеек

Обзор отдельных этапов посмертного анализа представлен на Рисунке 1.Перед разборкой клеток полезны методы неразрушающей характеристики, чтобы получить первое представление о механизмах старения. В дополнение к испытаниям емкости (см. Уравнение 1), анализ приращения емкости (ICA) ^48,49 и спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) являются мощными методами для получения информации о механизмах старения. ^37,50–52 ICA основан на dQ / dV по сравнению с . В составляет график и, следовательно, преобразует точки плато и перегиба напряжения на кривых напряжения в пики dQ / dV. ⁴⁸ Изменения пиков dQ / dV (интенсивности пиков и сдвиги пиков) можно отслеживать во время старения и делать выводы о потере активного материала / потере электрического контакта, изменениях химического состава ячейки, недостаточном разряде, недостаточном заряде, ⁴⁸ и снятие покрытия Li. ⁵³ Удаление Li также определялось анализом дифференциального напряжения (DVA) в dV / dQ по сравнению с . Q-графиков. ⁵³

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. Блок-схема разборки литий-ионных элементов и анализа компонентов.

EIS — еще один неразрушающий метод определения характеристик старых клеток. ^{25,34,37,39,50–52} Во время старения импеданс ячейки обычно увеличивается, что приводит к замедлению кинетики, что частично является причиной уменьшения емкости. ^34,37 Причиной увеличения импеданса являются физико-химические процессы внутри ячеек, такие как увеличение резистивных слоев. ^25,39,50 Klett et al. обнаружили существенные различия в графике Боде для клеток с календарным и циклическим возрастом. ³⁹ Было обнаружено, что основной причиной этого различия является более выраженная пленка на поверхности анода для циклического старения. ³⁹ Однако на импеданс ячейки влияет множество факторов, требующих моделирования. ⁵⁰ Более простой и быстрый метод получения базовой информации об изменениях импеданса ячеек — это измерения только на одной частоте, обычно 1 кГц. ²⁸ Такие измерения позволили обнаружить прямую корреляцию между увеличением импеданса при старении и увеличением Mn, P и Li на графитовых анодах с помощью посмертного анализа. ²⁸

Хотя неинвазивные электрохимические методы являются мощным инструментом для получения информации о механизмах старения, прямое наблюдение химических изменений возможно только с помощью посмертного анализа. Более того, явления локального старения, представляющие только малые части электродов, часто не видны при электрохимических измерениях, поскольку они усредняются по всем электродам ячейки.

После электрохимической характеризации, визуальный осмотр, графическая документация и взвешивание являются следующими разумными шагами в анализе старых литий-ионных элементов.Это может указывать на внешнюю деформацию или утечку, которые могут повлиять на поведение при старении или привести к отказу ячейки. Кроме того, эти шаги могут дать первые подсказки о наилучшем положении для открытия ячейки. Хотя для стандартных конструкций ячеек, таких как ячейки 18650 или 26650, позиции разреза в большинстве случаев схожи (~ 1 мм рядом с положительным или отрицательным разъемом), может потребоваться проведение дополнительных тестов для других геометрических форм, таких как призматические и карманные ячейки.

Неразрушающие методы, позволяющие выявить внутреннюю часть батарей: рентгеновский анализ, ^30,54–56 рентгеновская компьютерная томография (КТ), ^9,42,54–65 и нейтронная томография. ^66,67 Поскольку рентгеновский анализ дает двумерные изображения пропускания (рис. 2а), в зависимости от конструкции ячейки может потребоваться проведение измерений пропускания рентгеновских лучей под несколькими углами обзора. ⁵⁵

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Примеры неразрушающего контроля литий-ионных элементов. а) Рентгеновское изображение ячейки с намотанным желеобразным валиком ³⁰ (с любезного разрешения Springer Science and Business Media).б) Фронтальная компьютерная томография возле положительного разъема ячейки типа 18650 ³² (Воспроизведено с разрешения Электрохимического общества). Пунктирными линиями обозначены возможные положения резки корпуса ячейки без проникновения электродов.

Напротив, данные КТ получают путем поворота ячейки с небольшими угловыми шагами, в то время как рентгеновские изображения записываются для каждого угла. Из этого набора данных трехмерная модель ячейки определяется математическим алгоритмом, который позволяет рассчитывать осевые и фронтальные двумерные разрезы в определенных положениях (см. Рис. 2b и рис. 3a).Таким образом, КТ является дорогостоящим методом и обычно требует более длительного времени измерения по сравнению с измерениями пропускания рентгеновского излучения. Кроме того, CT приводит к большему количеству данных и большей нагрузке на интерпретацию этих данных. Однако компьютерная томография способна выявить многие детали внутреннего устройства батареи, такие как деформации внутри ячеек после старения, ^9,32,42 напряжения, ⁶⁴ отказ, ^54–56,58 или тесты на неправильное использование. ^57,59,60 В случае внутренних деформаций КТ очень полезна для изображения их формы без приложения механической силы, которая могла бы изменить ячейку ^32,42,64 (см. Рисунок 3a).И рентгеновский анализ, и компьютерная томография подходят для определения позиций разреза при открытии клеток, как показано на Рисунке 2.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. a) Осевая компьютерная томография ячейки 18650 с деформированным желеобразным валиком. Область в поперечном сечении клетки на (b) отмечена на компьютерной томографии. б) СЭМ-изображение поперечного сечения ячейки, показывающее такие детали, как трещины в покрытии ³² (воспроизведено с разрешения Электрохимического общества).

Методы, использующие нейтроны, также подходят для получения информации о макроскопическом дизайне внутри литий-ионных ячеек ⁶⁶ и даже могут доставить химическую информацию ^66,68 неразрушающим способом. Однако из-за очень больших усилий, связанных с этим методом, нейтронная томография нецелесообразна для определения позиций разреза для разборки ячейки. Также следует иметь в виду, что образец может быть радиоактивным после обработки нейтронами.

Разборка литий-ионных ячеек при фиксированном SOC и в контролируемой среде

Для поддержания компонентов ячеек в очень похожем состоянии, как во время работы, и для безопасности экспериментатора, как состояния ячейки, так и среда разборки должна быть четко определена.

Перед разборкой элемент необходимо зарядить или разрядить до определенного состояния заряда (SOC). ^{12,16,17,30,34,45,69–71} С точки зрения безопасности, глубокий разряд (до напряжения конца разряда 0 В) желателен, поскольку он снижает энергосодержание сотовый. В случае нежелательного короткого замыкания глубокий разряд снизит риск теплового разгона.

С другой стороны, напряжение элемента не должно выходить за пределы нормального рабочего окна, чтобы избежать нежелательных изменений материала, которые не вызваны старением.Поэтому большинство авторов перед разборкой разряжают элементы до напряжения конца разряда, соответствующего SOC = 0%. ^{12,16,17,28,30,34,46,69,70,72} Определенный SOC также важен для сопоставимости результатов различных ячеек, например старые и свежие клетки одного типа. К сожалению, большинство авторов не предоставляют точную процедуру разгрузки перед разборкой. Кобаяши и др. упомянул, что напряжение холостого хода (OCV) старых элементов, разряженных до 2,5 В при C / 20, было больше, чем OCV свежих элементов из-за увеличения внутреннего сопротивления элемента. ¹² Следовательно, авторы выдерживали все ячейки при 3,0 В в течение более 10 часов перед разборкой, что привело к OCV 3,0 В ± 0,01 В. ¹² Аналогичный метод разряда был использован Takahara et al. ²⁶ Kumaresan et al. разряжали клетки мешочка в два этапа, сначала с помощью C / 33 и после 30-минутного периода отдыха с помощью C / 83, чтобы обеспечить полную разрядку. ⁷³

Разборка клеток на более высоких SOC была проведена для Т-клеток, ⁷⁰ , емкость которых очень мала (~ 0.2 мАч), поэтому риск невелик по сравнению с коммерческими батареями (несколько Ач). Burns et al. недавно открыла коммерческие аккумуляторные ячейки 0,22 Ач при ~ 50% SOC и обнаружила, что после циклирования с высокими токами происходит покрытие литием. ⁴⁵ Те же авторы открыли также элементы типа 18650 3,4 Ач после разряда до 0 В из соображений безопасности ⁴⁵ из-за их большей емкости. Следовательно, покрытие Li больше не было напрямую видимым (но явные различия в цвете и текстуре отрицательного электрода), хотя этого и следовало ожидать из измерений кулонометрии. ⁴⁵ Это несоответствие было связано с глубоким разрядом до 0 В. ⁴⁵

Поскольку некоторые компоненты литий-ионных элементов реагируют с O ₂ и H ₂ O, перчаточный ящик заполнен высокочистой атмосферой Ar содержащие H ₂ O и O ₂ только в нижнем диапазоне частей на миллион, должны использоваться. ^{30,32,34,45–47,69–71,73–78} Особенно Li _x C ₆ , металлический Li и LiPF ₆ проявляют реакционную способность с компонентами воздуха.LiPF ₆ реагирует с водой с образованием газа HF, ^30,36,79 , который может вызвать серьезные проблемы со здоровьем без соответствующих средств защиты ³⁰ , а также вызывает коррозию катодных материалов. ³⁶ Отметим, что использование N ₂ в качестве инертного газа не подходит из-за его реакционной способности с металлическим Li с образованием Li ₃ N. ⁸⁰ В своей статье 2002 года, Aurbach et al. использовали наполненный аргоном перчаточный ящик с содержанием O ₂ от 5 до 10 частей на миллион и содержанием H ₂ O от 2 до 5 частей на миллион. ³⁴ Williard et al. предполагают содержание как O ₂ , так и H ₂ O ниже 5 частей на миллион. ³⁰ Большинство других авторов не комментируют верхние значения загрязнения в перчаточных ящиках.

В некоторых случаях защита образцов от воздуха менее важна. ³⁰ Примерами являются измерения промытых катодных материалов методом XRD или ICP-OES. Авторы рекомендовали вытяжной шкаф с производительностью 60–100 футов в минуту в качестве минимального требования для разборки небольших коммерческих ячеек после езды на велосипеде в нормальных условиях. ³⁰ Следовательно, Amanieu et al. открыл 18650 ячеек внутри перчаточного бокса, наполненного аргоном, по соображениям безопасности, однако после удаления электролита с помощью DMC образцы LiMn ₂ O ₄ были высушены в постоянном потоке воздуха вытяжного шкафа в течение ночи, поскольку образцы были не чувствителен к воздуху. ⁷⁴ Отметим, что безопасность при разборке ячеек на воздухе зависит еще и от влажности. Открытие ячеек во влажном воздухе также имеет решающее значение и может привести к критическим условиям, приводящим к пожарам в лаборатории.

В любом случае старые электроды, которые используются для получения повторно собранных ячеек (см. Раздел «Электрохимический анализ собранных электродов»), должны храниться в перчаточном ящике ^12,34,73,81 до того, как они окажутся внутри герметичного элемента. Kostecki et al. провели вскрытие и промывку ячеек в перчаточном ящике, наполненном аргоном, и хранили образцы электродов в герметичной ячейке в перчаточном ящике перед дальнейшими исследованиями. ⁶⁹ Отметим, что образцы электродов, которые находятся в контакте с электролитом, портятся даже при герметичной герметизации, поэтому мы рекомендуем использовать электроды для дальнейших электрохимических испытаний в день разборки.

Hightower et al. использовали специальную защиту, покрывая образцы Li _x C ₆ инертной жидкостью (Fluorinert FC-43) внутри перчаточного бокса, наполненного аргоном, перед переносом через воздух в вакуумную камеру устройства ТЕМ, где инертная жидкость испарялась во время эвакуация камеры. ⁸²

На этом этапе мы заключаем, что разборка литий-ионных элементов должна выполняться в химически инертной среде, такой как перчаточный ящик, наполненный аргоном. Даже если элементы разряжены до напряжения конца разряда, демонтаж старых литий-ионных элементов все равно должен производиться с большой осторожностью.Процедура и, следовательно, затраты на разборку ячейки в решающей степени зависят от рисков для оператора и чувствительности материалов к воздуху и влаге.

Процедура открытия литий-ионного элемента и разделение компонентов

Внешнее короткое замыкание может произойти из-за непреднамеренного прикосновения к внешним контактам, например токопроводящими инструментами, металлической чешуей во время резки или контактом с металлической поверхностью перчаточного ящика. В зависимости от конструкции ячейки корпус ячейки может быть подключен к положительной или отрицательной клемме.Это можно легко определить с помощью вольтметра перед разборкой.

Кроме того, во время открытия ячейки необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить внутренние короткие замыкания ячейки ^30,32,54,74 , а также образцов. ³⁰ Внутреннее короткое замыкание наиболее вероятно при разрезании корпуса ячейки либо из-за проникновения, либо из-за деформации пакета электродов / желейного валика, либо под действием механического давления. Следовательно, перед открытием литий-ионных элементов необходимо определить идеальное положение разреза для каждого типа ячеек, применяя неразрушающие методы, как показано выше в разделе Предварительный осмотр и неразрушающие методы.Кроме того, выгодно использовать токонепроводящие инструменты, например из керамики или с непроводящим покрытием.

Aurbach et al. представили специальное устройство для открытия 18650 ячеек, которым можно управлять внутри перчаточного ящика. ³⁴ В этом устройстве цилиндрическая ячейка вращается с помощью двигателя с дистанционным управлением, а крышка корпуса ячейки срезается пилой с твердосплавным наконечником. ³⁴ Как показано на рисунке 4a, инструмент Dremel также можно использовать для открытия ячеек. После того, как крышка ячейки снята (рис. 4b), необходимо разрезать выступы, соединенные с корпусом.Затем можно разрезать дно ячейки и, наконец, разрезать кожух вдоль оси цилиндра и развернуть рулон с желе (рис. 4c).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 4. Процесс открытия ячейки. a) –c) Использование инструмента Dremel во время открытия ячейки цилиндрического типа. d) –f) Использование керамических ножниц при открытии ячейки мешочка.

Ячейки мешочка, как правило, легче открывать, как показано на рисунках 4d – 4f, поскольку фольгу мешочка можно просто разрезать керамическими ножницами ³⁰ или ножом.В случае призматических ячеек было предложено сделать неглубокий надрез режущим инструментом на одной стороне ячейки, прежде чем снимать оставшуюся оболочку с помощью изолированных плоскогубцев. ³⁰ В любом случае открытие ячейки должно производиться очень осторожно и не допускать чрезмерного усилия на валок с желе или пакет электродов.

Образование металлической пыли или стружки зависит от метода резки. Пыль может попасть в элемент и загрязнить материалы, ³⁰ , тогда как стружка может достигать длины в несколько мм и может создавать короткие замыкания, ведущие к нежелательной разрядке элемента и выделению тепла.Кроме того, следует учитывать, что во время резки также возникает местный нагрев, который может вызвать изменение материалов ячеек или даже привести к проблемам с безопасностью.

В большинстве случаев компоненты ячеек будут отделены друг от друга, чтобы анализировать их отдельно (см. Рисунки 4c, 4f). Для состаренных анодов может случиться, что активный материал прилипнет к сепаратору, ³² , что приведет к проблемам с разделением компонентов. Это может быть решено погружением анода и сепаратора в DMC.Напротив, для старых катодов это часто менее проблематично.

Типичные конфигурации ячеек представляют собой намотанные рулоны с желе в цилиндрических ячейках, плоские рулоны с желе в призматических ячейках и ячейках мешка, а также уложенные друг на друга электроды / сепараторы, z-образные сепараторы или комбинации укладки и намотки в мешочках и призматических ячейках. К сожалению, большинство авторов не комментируют этот этап разборки ячейки. Следует отметить, что необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы избежать перекрестного загрязнения при контакте между анодом и катодом.Если присутствует электролит, прямой контакт анода и катода вызывает короткое замыкание, приводящее к последствиям, описанным выше.

С самого начала открытия капли электролита могут быть собраны, если они содержатся в достаточном избытке. ⁸³ В противном случае следует отобрать пробу электролита, погрузив рулон с желе сразу после извлечения гильзы в CH ₂ Cl ₂ ⁸⁴ или разделенные смачиваемые компоненты в ацетонитриле. ⁸⁵ Этот последний метод позволяет извлекать электролит, а также соединения, образующиеся при его разложении при старении на каждом электроде.Поскольку многие растворители электролита очень летучие, рекомендуется быстрое извлечение электролита, чтобы состав не изменился.

Последующая обработка образцов из разобранных литий-ионных ячеек

После разделения компонентов ячеек большинство экспериментаторов промывают эти компоненты типичными растворителями электролита, такими как DMC, ^{12,16,17,25,26,28,46, 47,65,71,72,74,82,86–90} DEC, ^70,91 и EMC, ⁶⁹ , тогда как только некоторые авторы не проводили промывку своих образцов. ^{34,45,53,65,78,92} Это возможно, когда требуется только визуальный осмотр ^45,53 и / или электрохимические испытания. ^46,65 Немытые электроды могут содержать остаточный кристаллизованный LiPF ₆ или нелетучие растворители, которые трудно отличить от элементов в SEI или интеркалированном Li. Кроме того, этап промывки также полезен для уменьшения коррозии образцов, поскольку LiPF ₆ реагирует с H ₂ O и O ₂ и, как уже упоминалось, для защиты чувствительного аналитического оборудования, если образцы подвергаются воздействию воздуха.Somerville et al. показали, что промывка не требуется для удаления ЭК и других типичных карбонатов, когда образцы помещены в вакуум (~ 10 ^-4 кПа), например в вакуумных устройствах, таких как XPS или SEM. ⁸⁹

К сожалению, большинство авторов не комментируют процедуру промывки (время, температура, объем, тип растворителя) ^26,74,82 , хотя она может существенно повлиять на результаты. Бах и др. вымачивали свои образцы в течение 60 минут в DMC, а затем на 30 минут в новом DMC. ⁶⁵ Williard et al. прокомментировал, что промывание может привести к отсутствию определенных компонентов SEI. ³⁰ Abraham et al. продемонстрировали, что ополаскивание ДМК должно удалять изолирующие частицы, осевшие на поверхности графита после старения. ⁹³ Недавно Somerville et al. подробно исследовал эту тему для графитовых анодов с пленками, образованными различными количествами добавки ВК. ⁸⁹ В зависимости от количества ВК в электролите и, следовательно, от состава пленки также было обнаружено, что SEI может быть изменен, по крайней мере, частично, промывкой ДМК. ⁸⁹ В одном конкретном случае LiPF ₆ и LiF были полностью удалены, а частицы LiP _x F _y были восстановлены через 1 мин. ⁸⁹ Согласно их исследованию, продолжительность промывки и / или промывки или ее отсутствия должны быть проверены для каждого химического состава клетки. ⁸⁹

Исходя из нашего опыта, для удаления следов соли Li из образцов требуются две стадии промывки от 1 до 2 минут чистым растворителем. Кроме того, для получения сопоставимых результатов важно всегда выполнять этапы стирки одинаково.

Некоторые методы, такие как анализ ICP-OES ^16,28 , используют активный материал, соскобленный с электродов. Такая механическая обработка не изменяет химический состав и, следовательно, не вызывает проблем. XRD возможен как с электродами, так и с соскобленным порошкообразным материалом, однако следует учитывать, что предпочтительные ориентации частиц в электродах, которые не присутствуют в снятом материале, могут привести к различиям в интенсивностях пиков. ³⁴

Если исследовать трещины в активном материале, можно подготовить поперечные сечения всего литий-ионного элемента (см. Рисунок 3b).В этом случае кожух ячейки не снимается. Вместо этого резка непроводящим полотном пилы выполняется через всю ячейку. Положение разреза можно определить заранее с помощью компьютерной томографии (см. Рис. 3а). После резки ячейки электролит удаляется, после чего следует стабилизация с помощью эпоксидной смолы и этап металлографической полировки. ^{30,32,42,56,94,95}

По сравнению с компьютерной томографией, поперечные сечения клеток являются более дорогостоящими с точки зрения труда и приводят к разрушению клетки.Однако поперечные сечения ячейки могут обеспечить значительно более высокое разрешение для определенных частей ячейки (сравните рисунки 3a и 3b), а также возможность выполнять измерения с помощью других мощных методов, таких как резка сфокусированным ионным пучком (FIB) ^42,74 и наблюдение с помощью оптической микроскопии, ^{18,19,30,42,74,94,95} SEM, ^{30,32,42,74,95–97} или EDX. ^95,97 Поперечные сечения комплектных ячеек обеспечивают толщину электродов в рабочем состоянии (соответствующего уровня заряда), т.е.е. с таким же давлением, как и в закрытой ячейке. Отметим, что это не относится к поперечным сечениям одиночных электродов, ^{18,19,74,96,97} , которые могли расшириться после разделения компонентов ячейки.

В этом разделе рассматриваются методы физико-химической характеристики материалов аккумуляторных батарей. Обсуждаются данные о механизмах старения, полученные соответствующими методами, чтобы дать обзор возможностей наблюдения конкретных механизмов деградации.

На рисунке 5 показана схема основных компонентов ячейки и соответствующие доступные методы физико-химического анализа для их характеристики. Образцы могут происходить из анода, катода, сепаратора, токосъемника или электролита, однако для упрощения на рисунке 5 в качестве примера показан только катод. Из рисунка 5 видно, что можно выделить разные части твердого образца: им можно назначить поверхность электрода, объем, поперечные сечения и различные методы анализа, соответственно.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Обзор компонентов внутри литий-ионного аккумулятора и физико-химические методы определения характеристик после посмертного анализа.

Причины поверхностной чувствительности методов анализа связаны с физической природой задействованных типов излучения или частиц. Упрощенный обзор физических / химических принципов (облучение и / или обнаружение электронов e ^— , электромагнитное излучение / фотоны hv , нейтральные частицы и ионы) показан на рисунке 6.Они кратко объяснены для каждого метода в разделах ниже. Более подробные сведения о механизмах возбуждения и обнаружения соответствующих методов анализа можно найти в учебниках. ^98–102

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. a) –k) Упрощенные схемы обнаруженных частиц в различных методах анализа. Электромагнитное излучение hv соответствует видимому свету на (a), (f), (g), рентгеновскому излучению на (d), (e), (k) и радиоволнам на (j).На (b) испускаемые электроны можно различить между обратно рассеянными электронами, оже-электронами и вторичными электронами. з) ИК в режиме отражения. м) Принцип разделения компонентов смеси в хроматографии. Кружки и линии представляют молекулы образца и неподвижную фазу соответственно.

Поверхностная чувствительность создается либо путем отражения излучения / частиц на поверхности образца (например, когда электрод исследуется с помощью оптической микроскопии), либо из-за короткой длины свободного пробега частиц внутри твердых образцов (например.грамм. методы с участием е ^— или ионов). Типичными поверхностно-чувствительными методами являются микроскопия, EDX, XPS, IR или SIMS.

Напротив, другие методы нечувствительны к поверхности и включают информацию из массы электрода. В этом случае необходимо соскрести материал с образца, например при анализе ICP-OES, либо образец не препятствует обнаруженному излучению (например, рентгеновские лучи в случае XRD).

Типичные методы посмертного анализа клеточных компонентов и выявленные ими механизмы старения обсуждаются отдельно в следующем разделе.Однако из-за чувствительности методов к разным частям образцов, упомянутых выше, обзор возможностей каждого метода приведен в разделе «Комбинация методов для полной характеристики механизмов старения».

Микроскопия

Оптическая микроскопия

Оптическая микроскопия основана на отражении видимого света от поверхности образца (рис. 6а). В общем, разрешение оптических микроскопов ограничено дифракционным пределом Аббе, соответствующим диапазону 0.2 мкм. ⁹⁹ Это позволяет разрешать частицы в диапазоне мкм с меньшими усилиями по сравнению с методами электронной микроскопии. ^{18,19,30,42,74,95} Следовательно, можно обнаружить эффекты старения, такие как изменения толщины электрода ^18,19 или отложения на поверхности электродов, которые находятся в диапазоне размеров мкм. ^18,78 Из-за ограниченного разрешения оптической микроскопии обнаружение трещин частиц или очень тонких пленок затруднено или может не наблюдаться.Однако оптическая микроскопия — очень эффективный метод получения обзора поверхности образца.

Brand et al. наблюдали выгорание сепаратора с помощью оптической микроскопии после встряхивания 18650 ячеек. ⁶⁴ Некоторые группы исследовали осаждение лития и образование дендритов во время процесса зарядки на месте с помощью оптической микроскопии. ^96,103–109 Кроме того, изменение цвета графитовых ⁹⁶ и рутиловых ¹¹⁰ электродов контролировали in situ с помощью оптических микроскопов.

В случае разрабатываемых новых электродных материалов оптическая микроскопия также оказалась полезной. Pharr et al. смогли использовать методы оптической микроскопии для определения энергии разрушения тонкопленочных электродов из литированного Si в зависимости от концентрации Li. ¹¹¹ Ли и Федкив успешно изучили влияние наночастиц диоксида кремния, добавленных в гелевые электролиты, на предотвращение коррозии алюминиевых токосъемников. ¹¹²

Это лишь несколько исключительных примеров, демонстрирующих использование оптической микроскопии в посмертном анализе литий-ионных клеток, однако они демонстрируют широкий спектр возможностей этого метода характеризации, которые часто недооцениваются.

Сканирующая электронная микроскопия

Сканирующая электронная микроскопия (SEM) обеспечивает улучшенное разрешение по сравнению с оптической микроскопией из-за меньшей длины волны де Бройля электронов по сравнению с видимым светом. Разрешение СЭМ в основном ограничено сферической аберрацией электронных линз. ⁹⁹ Кроме того, при интерпретации изображений SEM необходимо учитывать тот факт, что вместо фотонов используются электроны (рис. 6b). Контраст изображения сильно зависит от выбранного детектора, который собирает либо обратно рассеянные, либо вторичные электроны. ⁹⁹ Кроме того, наблюдения SEM ограничены вакуумом, что приводит к испарению летучих компонентов, таких как карбонатные растворители.

Из-за более высокого разрешения СЭМ наблюдаемые области могут быть намного меньше по сравнению с оптической микроскопией. Следовательно, необходимо очень внимательно записывать данные, которые являются репрезентативными для всей выборки. Обычно для этого сначала записываются обзорные изображения, а затем масштабируются различные части образца. С помощью сканирующего электронного микроскопа обычно наблюдаются различные клеточные компоненты, поскольку он дает основную информацию о микроструктуре, которая может быть связана с механизмами деградации.

Кроме того, SEM ограничивается наблюдениями за поверхностью образца. Чтобы получить информацию об объеме и / или химическом составе, SEM обычно дополняется другими методами. Например, SEM часто сочетается с EDX-анализом для определения химического состава и / или комбинируется с методами поперечного сечения, такими как металлографическая подготовка, ^{30,32,42,56,94–96,113} FIB резка, ^{39, 42,74,114–119} или ионное измельчение. ¹²⁰ Кроме того, удаление тонких срезов с помощью FIB и последующее сканирование с помощью SEM позволяет создавать видеоролики ¹¹⁹ и создавать 3D-модели электродов ^{116–118,121} (томография FIB / SEM).Такие трехмерные модели электродов были полезны в многомасштабных расчетах, где учитывалась микроструктура электродов. ^118,121

С другой стороны, графит является наиболее распространенным анодным материалом, и в сочетании с другими методами сканирующая электронная микроскопия принесла значительные результаты для выявления механизмов разрушения, происходящих на поверхности этого материала.

Рост границы раздела твердого электролита (SEI) на поверхности частиц графита во время старения наблюдался с помощью SEM ^16,18,40 (см. Верхнюю часть рисунка 7).Рост SEI при старении связан с разложением электролита и является причиной потери Li и, следовательно, падения емкости. ^{16,18,28,33,122}

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. СЭМ-изображения графитовых анодов и катодов до и после циклирования ⁴⁰ (Воспроизведено с разрешения Электрохимического общества).

Другой механизм старения — это осаждение металлического Li на графитовых анодах.Honbo et al. изучили осаждение Li на графите с помощью SEM и выявили дендритную и зернистую морфологию на чистом и измельченном угле соответственно. ¹²³ Zier et al. показали, что можно улучшить контраст материала при осаждении лития на графитовых электродах за счет реакции с OsO ₄ . ¹¹⁹ Исследование других анодных материалов, таких как Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ с помощью SEM, до сих пор не дало точной информации о механизмах деградации. ¹²⁴

На катодной стороне часто с помощью SEM-изображения не видно изменений между нетронутыми и состаренными катодами ^16,40,125 (см. Нижнюю часть рисунка 7). Когда сообщалось о видимой поверхностной пленке после продолжительного цикла на поверхности LiCoO ₂ , было невозможно связать ее с четким механизмом разложения. ³⁴ С другой стороны, механическое напряжение ^126–128 из-за изменения объема во время цикла приводит к трещинам в частицах, которые можно наблюдать с помощью SEM. ^{42,74,75,129,130 ​​}

В дополнение к механизмам старения, затрагивающим электродные материалы, деградация других компонентов ячейки, такая как коррозия алюминиевых токосъемников ^131–133 и закрытие пор ^14,134,135 или плавление ⁶⁴ сепараторов. наблюдается с помощью SEM.

Просвечивающая электронная микроскопия

По сравнению с SEM, просвечивающая электронная микроскопия (TEM) обычно использует более высокие ускоряющие напряжения для электронов, позволяя проходить сквозь материалы (рис. 6c) и с более высоким разрешением вплоть до атомного масштаба. ^119,136,137 Таким образом, ПЭМ раскрывает характеристики образца с точки зрения морфологии частиц, кристалличности, напряжения или даже магнитных доменов. Однако из-за более высокой энергии необходимо учитывать повреждение луча для материалов батареи. ¹³⁸ Следует отметить, что измерения ПЭМ ограничены локализованными областями образца, и поэтому трудно точно обследовать большую выборку.

Как и для всех микроскопических методов, подготовка образцов и их мониторинг во время сбора данных имеют решающее значение для ПЭМ, например.грамм. Обрезка FIB оказалась полезной. Кроме того, большое значение имеют размер (чем тоньше, тем лучше) и чистота образца. Более высокие усилия при подготовке образца делают ПЭМ более трудоемким методом по сравнению с СЭМ. Несколько обзоров экспериментальных возможностей и сравнения с другими микроскопическими методами можно найти в учебниках. ^101,102

Структурные изменения морфологии частиц в результате календарного и циклического старения были исследованы Watanabe et al.для LiNi _0,8 Co _0,15 Al _0,05 O ₂ катодный материал. ^139,140 ТЕМ-анализ также дал ценную информацию о зависимости связующего вещества от производительности элемента, ¹⁴¹ образования SEI на катодах ¹⁴² и оценки новых электродных материалов. ^{110,143–146}

В этом обзоре были упомянуты только несколько возможностей ПЭМ в посмертном анализе, однако использование этого метода смещается от метода посмертной характеристики к методу in situ и операнду . ¹⁴⁷ Эта тенденция становится все более очевидной, поскольку приборы предоставляют аналитическую аппаратуру с низким уровнем Z-элемента, контроль окружающей среды, а также становятся все более доступными высокоскоростные и чувствительные детекторы прямых электронов. ¹⁴⁸

Методы химического анализа, чувствительные к поверхности электродов

Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия

Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX) часто сочетается с приборами SEM. Принцип EDX основан на облучении образца электронами и обнаружении генерируемых характеристических рентгеновских фотонов (рис. 6d).Таким образом, EDX позволяет получить информацию о химическом составе образца. Кроме того, если поверхность образца сканируется электронным лучом, карты химического состава на поверхности могут быть созданы путем наложения с изображениями SEM (EDX-картирование). ^{39,95,97,119,149,150} Однако EDX представляет собой серьезный недостаток, поскольку он не может обнаруживать Li. Следовательно, необходимы дополнительные методы для его обнаружения и количественной оценки. ^16,17,72,150

Анализ EDX, выполненный во время посмертных исследований, позволяет проверить состав активных материалов и обнаружить присутствие дополнительных фаз.Например, EDX позволил обнаружить повторное осаждение растворенного Mn на поверхности графитового электрода после растворения на катодах из смеси NMC / LiMn ₂ O ₄ . ^16,28 Аналогичным образом Klett et al. наблюдали Fe на анодах после растворения с катодов LiFePO ₄ . ¹⁷ Также возможно измерить присутствие F и P на анодах из-за разложения электролита. ^16,17,28,151 Для анализа таких элементов очень важны подготовка образцов и промывка электродов, как описано в разделе «Методы вскрытия ячеек».Однако можно обратить внимание, что в некоторых случаях наличие таких элементов действительно может быть частью активного материала. ¹⁵²

Krämer et al. модифицированные аноды с осаждением Li с использованием изопропанола. ¹⁵⁰ EDX-картирование позволило обнаружить O и C, что предполагает образование Li ₂ CO ₃ , однако авторам пришлось провести дальнейшие измерения с использованием FTIR и XRD для проверки. ¹⁵⁰ Модификация осаждения Li изопропанолом позволила оценить площадь на поверхности анода, покрытую Li ₂ CO ₃ , по EDX-картированию. ¹⁵⁰

Maleki et al. исследовали эффекты глубокого разряда ниже напряжения конца разряда для коммерческих элементов LiCoO ₂ / графит. ¹⁵³ Авторы обнаружили, что разряд до 0 В может привести к растворению Cu из коллектора отрицательного тока, что, соответственно, было обнаружено как на аноде, так и на катоде с помощью EDX. ¹⁵³ Кроме того, EDX использовался в сочетании с SEM для обнаружения загрязнений после отказа клеток. ⁵⁴

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) основана на фотоэлектрическом эффекте. ^98,154 Атомы в образце ионизируются рентгеновскими лучами, и измеряется кинетическая энергия испускаемых фотоэлектронов (рис. 6e). ⁹⁸ Поскольку кинетическая энергия испускаемого фотоэлектрона характерна для его исходного элемента, XPS позволяет анализировать и определять все элементы (кроме H и He), их степени окисления и — в определенной степени — их химическое окружение. ⁹⁸ XPS чувствителен к поверхности из-за малой длины свободного пробега испускаемых электронов в твердых телах (несколько нм). ⁹⁸ Таким образом, XPS может характеризовать химические изменения на поверхности частиц, что делает его ценным с точки зрения посмертного анализа.

В лабораторных условиях обычно используются источники рентгеновского излучения из Al K-альфа. Кроме того, синхротронное излучение также может использоваться для проведения экспериментов в области жесткого рентгеновского излучения (HAXPES), ^17,155,156 , однако это требует гораздо больших усилий.

Однако из-за высокого содержания энергии рентгеновских лучей необходимо учитывать возможность повреждения образца облучением.В частности, компоненты SEI могут изменить свою химическую природу. Следовательно, интерпретация данных XPS требует высокого уровня знаний исследуемой системы. Кроме того, следует упомянуть, что измерения XPS сильно локализованы, что делает необходимым зондирование большего образца в разных областях, чтобы получить обзор. XPS можно комбинировать с ионным распылением для получения профилей глубины. Неровная поверхность электрода делает это упражнение особенно трудным, и при анализе данных требуется особая осторожность.Однако в сочетании с напылением XPS не может измерять профиль глубины по всему образцу электрода. Более конкретно, XPS ограничен первыми нанометрами поверхности. Следовательно, можно наблюдать только слой SEI, и часто сигнал от активного материала остается скрытым.

Полезный обзор возможных каталитических реакций, происходящих на границе раздела электролит-графит, и их наблюдение с помощью XPS недавно сделал Росс. ¹⁵⁷ Общий обзор анализа SEI, включая XPS, был предоставлен Verma et al. ¹⁵⁸

Коммерческие LiFePO ₄ / графитовые ячейки, исследованные Klett et al. показали неравномерное старение электродов для циклических ячеек, тогда как электроды для календарных ячеек были однородными ¹⁷ , что связано с температурой ^77,159–161 и градиентами давления, возникающими во время циклирования.

Lu et al. обсудили старение с акцентом на LiCoO ₂ / графитовые элементы. ¹⁶² Авторы выполнили анализ профиля поверхности и глубины с помощью XPS и наблюдали увеличение толщины SEI в старых клетках. ¹⁶² Недавний отчет группы Эренберга посвящен образованию SEI в коммерческих мешочных клетках. ¹⁶³ С помощью XPS авторы смогли идентифицировать составляющие внешнего и внутреннего слоев SEI, однако не удалось выяснить, есть ли какие-либо различия в характеристиках SEI для различных процедур формирования. ¹⁶³

Несколько групп собрали информацию о составе SEI анодных материалов, отличных от графита, таких как SiO ¹⁶⁴ или Sn. ⁴⁷ Несколько авторов сообщили о переходных металлах, которые растворились с катода, мигрировали через электролит и выпали в осадок или были включены в слой SEI состаренного анода. ^165,166 О таком поведении также сообщалось с использованием дополнительных методов. ^16,18,26,28

Взаимосвязь между различными условиями старения и химическим составом SEI представляла интерес для Zheng et al. ¹⁶⁷ Авторы исследовали деградацию коммерческих LiFePO ₄ / графитовых ячеек во время календарного старения в течение 10 месяцев при различных температурах и SOC. ¹⁶⁷ Для температур, повышенных до 55 ° C, и SOC с большим накоплением, они наблюдали значительное увеличение объемного сопротивления и сопротивления переносу заряда, а также потерю емкости. ¹⁶⁷ Посмертный XPS-анализ подтвердил, что вновь сформированные слои Li ₂ CO ₃ и LiF на поверхности анода были ответственны за изменения в поведении ячеек. ¹⁶⁷

При разработке новых электродных материалов Post-Mortem XPS может помочь идентифицировать неизвестные продукты побочных реакций, происходящих на поверхностях.Как указано Феном и др., Основная проблема Li-S ячеек — это накопление S-частиц на поверхности электродов, обнаруживаемое XPS, и, как следствие, снижение емкости. ¹⁶⁸

XPS — универсальный инструмент для получения информации о химическом составе поверхностных частиц, образующихся в процессе старения. В отличие от EDX, ЯМР, XRD и ИК-спектроскопии, почти все элементы могут быть полуколичественно обнаружены с помощью XPS. Кроме того, XPS — один из немногих методов изучения продуктов реакции образования и разложения SEI.

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) основана на взаимодействии образца с инфракрасным излучением. На рисунке 6h показано это взаимодействие в режиме отражения. Отметим, что режим передачи также возможен для FTIR, который является массовым методом и поэтому здесь не обсуждается. Данные высокого разрешения собираются одновременно в выбранном спектральном диапазоне. Реальный спектр создается путем применения к сигналу преобразования Фурье.

Ранние FTIR-исследования материалов в литий-ионных элементах были проведены группой Аурбаха ^{169 170} и Йошидой и др. ¹⁷¹ и сосредоточены на понимании химических характеристик SEI на анодах на основе Li и графита. Эти исследования позволили идентифицировать важные полосы отражений SEI как асимметричное удлинение карбонила при 1650 см ⁻¹ , характерное для (ROCO ₂ Li) ₂ и 1450 и 870 см ⁻¹ , характерное для Li ₂ CO ₃ .

FTIR-исследования образцов, полученных в результате анализа Post-Mortem, также были проведены с целью устранения различий при использовании добавок к электролитам. ^172–174 В этих случаях исследовались как аноды, так и катоды. Аналогичным образом, результаты FTIR используются для сравнения характеристик SEI при замене соли на основе Li. ¹⁷⁵

Многие другие FTIR-исследования были проведены для отслеживания эффектов старения. ^{34,46,150,176,177} Aurbach et al. провели испытания FTIR на образцах электродов на основе графита и LiCoO ₂ из литий-ионных ячеек 18650, циклированных при различных температурах. ³⁴ Керлау и Костецки проанализировали Li _0,8 Ni _0,8 Co _0,15 Al _0,05 O _{2 электроды на основе} и углерода после календарного старения при 45 ° C с помощью FTIR. ¹⁷⁶ Электроды были промыты и высушены перед экспериментами, и в обоих случаях были обнаружены очень похожие спектры с полосами при 864 см ^-1 , 1008 см ^-1 и 1240 см ^-1 , присвоенных Li _x PF _y и Li _x PF _y O _z , которые являются производными от термического разложения LiPF ₆ . ¹⁷⁶ Norberg et al. исследовали LiNi _0,5 Mn _1,5 O _{4 катода на основе} , циклированные с 1 M LiPF ₆ в смеси EC / DEC. ¹⁷⁷ После циклирования тесты FTIR выявили характеристические полосы алкилкарбонатов наряду с полосами при 1310 см ^-1 и 1110 см ^-1 , относящимися к модам растяжения CO и CC в кетонах, что свидетельствует о разложении электролита на поверхности катода. . ¹⁷⁷ Однако идентификация конкретных соединений разложения с помощью этого метода была невозможна.

Следует отметить, что для экспериментов FTIR решающее значение имеет протокол подготовки образца электрода, поскольку следы электролита должны быть удалены, чтобы избежать нежелательных отражений. В качестве альтернативы измерению коэффициента отражения электродов также можно соскрести активный материал и построить таблетки KBr. ^177,178 Транспортировка пробы из перчаточного ящика в устройство FTIR, а также анализы должны выполняться в инертной атмосфере, поскольку (ROCO ₂ Li) ₂ на поверхности электродов может реагировать с H ₂ O для формирования Li ₂ CO ₃ . ¹⁷⁹

Наконец, важно отметить, что FTIR не позволяет количественно определять соединения. Поэтому интерпретация результатов FTIR часто дополняет посмертный анализ другими методами, такими как электрохимическое тестирование, XPS и SEM / EDX.

Масс-спектроскопия вторичных ионов

Масс-спектроскопия вторичных ионов (SIMS) позволяет охарактеризовать элементный и молекулярный состав поверхности материала. Молекулярные фрагменты, кластеры, а также положительные и отрицательные ионы отрываются от поверхности с помощью первичного (импульсного) ионного пучка (рис. 6i).В случае статической SIMS или TOF-SIMS (Time of Flight SIMS) вторичные ионы, поступающие из образца, собираются и анализируются с помощью масс-анализатора «время пролета»: массовое разделение ионизированных фрагментов основывается на необходимом времени. чтобы добраться до детектора. Хотя количественную оценку применить сложно, ВИМС и, в частности, TOF-SIMS являются очень чувствительными методами (вплоть до нескольких частей на миллион). Более того, благодаря сложной электронике можно сфокусировать первичный ионный пучок и получить спектроскопическое изображение поверхностей.

Несмотря на то, что TOF-SIMS является поверхностно-чувствительным методом, он широко используется для исследования поверхности объемных материалов. Это делается путем распыления образца пучком ионов Cs ⁺ или Ar ⁺ , что позволяет получать профили массовой концентрации по глубине. Это делает TOF-SIMS мощным инструментом для определения характеристик тонких слоев, таких как те, которые используются в системах с микро-батареями. ^180,181 Спектроскопия поверхности может помочь определить природу электрохимических пассивирующих слоев или покрытий на коллекторах и материалах электродов.

Использование TOF-SIMS также может помочь в изучении старения токосъемников или материалов электродов во время. ^182–185 Wang et al. продемонстрировали растворение Fe из материала LiFePO ₄ и подчеркнули роль защитного углеродного покрытия. ^186,187 Аналогичным образом, растворение Mn и Ni из высоковольтной шпинели охарактеризовано путем комбинирования экспериментов XPS, TEM и TOF-SIMS. ¹⁸⁸ Результаты TOF-SIMS, показывающие профили концентрации продуктов ионизации (LiF ₂ ^— , MnF ₃ ^— , NiF ₃ ^— ), полученные в ходе анализа, позволяют сделать вывод наличие MnF ₂ на поверхности катода.

SEI можно также изучить с помощью TOF-SIMS. На протяжении многих лет было доказано, что это мощный дополнительный подход к XPS, позволяющий лучше понять химическую структуру SEI. Первые исследования на основе SIMS в отношении материалов литий-ионных аккумуляторов возникли в 2000-х годах. Пелед и др. инициировал первые попытки изучения SEI на поверхности электрода с помощью TOF-SIMS на монокристаллах ВОПГ, поскольку этот материал можно рассматривать как модельный электрод для графитовых систем. ^189,190 Авторы представили доказательства присутствия полимеров в SEI и зависимости химического состава SEI от природы плоскостей ВОПГ.Затем другие группы рассмотрели TOF-SIMS-спектроскопию для изучения влияния добавок или альтернативных электролитов (например, ионных жидкостей) на химическую структуру SEI. ^191–194

Хотя TOF-SIMS все еще недостаточно используется в области накопления энергии, и, в частности, для приложений с литий-ионными аккумуляторами, количество таких исследований за последние годы выросло. Уникальными сильными сторонами этого мощного метода спектроскопии анализа поверхности являются чувствительность, способность анализировать изотопы, лучшее разрешение по горизонтали по сравнению с другими методами спектроскопии анализа поверхности, такими как XPS.

Оптическая эмиссионная спектроскопия тлеющего разряда по глубине

Глубинная оптическая эмиссионная спектроскопия тлеющего разряда (GD-OES) обеспечивает элементный анализ образцов путем распыления и обнаружения испускаемого видимого света от оторвавшихся частиц, которые возбуждаются в плазме Гримма лампа ¹⁹⁵ (рис. 6g) и обнаруживается спектрометром с круговой диаграммой Роуленда. ¹⁰⁰

GD-OES хорошо зарекомендовал себя для контроля качества обработки поверхности и стальных покрытий с использованием потенциала постоянного тока (DC).Благодаря простоте использования и высокой чувствительности, были проведены дальнейшие разработки, чтобы сделать метод применимым к непроводящему материалу с помощью радиочастотного (RF) потенциала, что позволило распространить применение GD-OES на тонкие пленки и непроводящие материалы. -анализ проводящих покрытий. ^196–198 Совсем недавно электроды литий-ионных аккумуляторов стали предметом исследований GD-OES. ^{26,28,43,44,72,199,200}

Данные профиля глубины достигаются за счет удаления атомов образца послойным способом с использованием плазменного распыления. ²⁰¹ Установка следующая: ¹⁹⁵ образец помещается перед анодом и играет роль катода. Анод устройства GD-OES представляет собой полый цилиндр, который будет заполнен газообразным аргоном низкого давления (~ 10 ^-4 гПа). Ионизация газа и генерация плазмы достигается при приложении разности потенциалов (~ 500–1000 В). Распыленные атомы образца диффундируют в плазму и возбуждаются в результате дальнейших столкновений. Это приводит к испусканию характеристических фотонов, которые будут регистрироваться оптическим эмиссионным спектрометром.Цилиндрический анод имеет типичный диаметр 2,5 мм или 4,0 мм, что соответствует размеру пятна анализа. Конструкция лампы Grimm делает анализ GD-OES независимым от матрицы образца. ¹⁰⁰

В отличие от ряда других методов, таких как XPS и SIMS, глубинное профилирование GD-OES не ограничивается близостью поверхности образца, но может анализировать его от поверхности электрода до токосъемника. Следовательно, GD-OES может давать информацию как о поверхности электродов, так и об объеме электрода. ^{26,28,43,44,72,199,200}

Saito et al. наблюдали распределение Li в катодах от литий-ионных элементов большой мощности. ¹⁹⁹ Авторы сообщили о градиенте Li по направлению к поверхности для разряженного состояния и наоборот, что объясняется медленной диффузией Li как в электрод, так и в электролит. ¹⁹⁹ Al-дефицитные области в NCA, как также сообщалось, образовывались во время езды на велосипеде. ¹⁹⁹ Takahara et al. провели обширные исследования не только катодов, но и анодов на основе графита, уделяя особое внимание росту SEI при циклическом старении. ^26,43,44,200 Авторам удалось выполнить калибровку на основе конкретного случая исследования и добиться количественного распределения Li по графитовому аноду. Они также сообщили о более быстром и более точном профилировании анодов на основе графита по глубине с использованием газа Ar с дополнительным 1% H ₂ . ²⁰⁰

GD-OES был применен к графитовым электродам от старых коммерческих ячеек 18650, где была достигнута корреляция с электрохимическими данными. ²⁸ В исследовании проводилось различие между «поверхностным» и «объемным» Li с использованием данных глубинного профилирования GD-OES, откалиброванных для Li на основе результатов ICP-OES. ²⁸ Исследование показало, что содержание Li на поверхности коррелирует с величиной потери емкости, что подразумевает важную роль побочных реакций на поверхности графита в деградации клеток. ²⁸

GD-OES недавно был использован в посмертном анализе для обнаружения лития на графитовых анодах, ⁷² , что затруднительно или невозможно другими методами. По сравнению с анодами с SEI градиент Li и содержание Li значительно увеличиваются в случае гальванического покрытия Li. ⁷² Кроме того, было замечено, что большая часть металлического Li размещается на поверхности графитовых анодов, ⁷² , что согласуется с расчетами Хейна и Латца. ²⁰²

Из-за сравнительно короткого времени измерения, небольшого размера образца, высокой чувствительности и его возможности обнаруживать Li в профилях глубины через все электроды, метод GD-OES является многообещающим аналитическим инструментом для лучшего понимания Li механизмы старения ионных батарей. Однако, чтобы получить полную картину механизмов старения, GD-OES необходимо сочетать с дополнительными методами.

Методы химического анализа для анализа объема электродов

Оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой

В посмертных анализах для определения элементного состава электродов используется оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES). ^{16,18,19,28,151} В ИСП-ОЭС индуктивно связанная плазма используется для получения возбужденных ионов и атомов из образца, которые испускают электромагнитное излучение в видимом диапазоне (рис. 6f).Длины волн этого излучения характерны для конкретного элемента. Таким образом, ИСП-ОЭС может определить соотношение между элементами, присутствующими в образце. Преимущество этого метода заключается в том, что могут быть обнаружены элементы от диапазона ppm до основных элементов образца. Однако одним из недостатков является то, что ИСП-ОЭС не дает полного состава пробы, что требует использования дополнительных методов. ICP-OES часто сравнивают с EDX (см. Выше), однако ICP-OES имеет преимущество в обнаружении Li.Образцы полностью растворяются в кислотном растворе, а затем измеряются. Это означает, что исследованию подлежит не только поверхность, а большая часть образца. Кроме того, для ИСП-ОЭС требуются площади образца в диапазоне ² см. Однако ICP-OES не может обеспечить профили по глубине, и материал приходится соскабливать с нескольких см ² образцов электродов, что ограничивает его способность изучать местные явления.

В посмертном анализе полезны измерения ICP-OES для подтверждения растворения переходных металлов с катода путем обнаружения перемещенного материала на аноде. ^{16,18,19,28,151} Было показано, что это растворение способствует механизму старения анода ^{16,19,28,36,37} и вызывается HF. ^36,37 Stiaszny et al. обнаружил концентрации переходных металлов в свежих и состаренных анодах LiMn ₂ O ₄ -NMC / графитовых ячеек с помощью ICP-OES. ¹⁹ Этот результат был подтвержден уменьшением высоты пика NMC в циклической вольтамперометрии. ¹⁹ Было обнаружено, что количество Mn на графитовых анодах, растворенных на катодах из смеси NMC / LiMn ₂ O ₄ , увеличивается с температурой ^16,28 и временем ²⁸ с помощью ICP-OES.Klein et al. LiFe _0,3 Mn _0,7 PO ₄ / LiMn _1,9 Al _0,1 O ₄ смешанные катоды с различными соотношениями в электролите в течение двух недель при 60 ° C. ²⁰³ Авторы наблюдали наименьшее растворение Mn в чистом оливине, тогда как оно было на два порядка выше для чистой шпинели. ²⁰³ Для всех смесей авторы обнаружили резко сниженное количество растворения Mn в электролите с помощью ICP-OES. ²⁰³

Рост толщины SEI является еще одним механизмом старения и был изучен с помощью ICP-OES, ограниченного элементами Li, P и Mn и поддерживаемого EDX. ^16,28 Результаты согласуются с ростом SEI за счет разложения соли LiPF ₆ на аноде | электролит интерфейс. ^16,28,33 Было обнаружено, что потребление циклически перерабатываемого Li на аноде, измеренное с помощью ICP-OES, напрямую коррелирует со снижением емкости, ^12,28 с уменьшением Li в катоде и увеличением сопротивления элемента. ²⁸ С другой стороны, обсуждается реакция электролита на поверхности анода, приводящая к высыханию элементов, что приводит к дальнейшему снижению емкости. ^25,204

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — мощный метод, позволяющий охарактеризовать материалы и химические соединения в твердом состоянии и разбавленных растворителями. ^205,206 Он предоставляет не только химическую и структурную информацию, но также информацию о транспортных свойствах и подвижности ионов, электронных, магнитных, а также термодинамических и кинетических свойствах. ^207–211

Образец помещают в магнитное поле и возбуждают радиочастотным импульсом (рис. 6j).Записанный спад свободной индукции (FID) обрабатывается с помощью преобразования Фурье для получения спектра ЯМР. Требуется одно или несколько ЯМР-активных ядер (ядерный спин 0), которые служат в качестве зонда для обнаружения изменений в их химическом окружении и их электронных свойствах. Оба типа образцов, жидких и твердых, также могут быть исследованы на месте с использованием специальных измерительных установок. ^212,213 Несколько авторов представили обзорные статьи, касающиеся ЯМР-спектроскопии при разработке литий-ионных клеток и посмертном анализе. ²¹⁴

ЯМР — полезный инструмент для облегчения разработки новых анодных материалов на основе результатов, собранных в результате посмертных анализов. Согласно Delpuech et al., Высокая необратимая потеря емкости анодов на основе Si в основном происходит из-за разложения карбонатных растворителей с последующим образованием нелитированных углеродных частиц в олигомерной или полимерной форме. ²¹⁵ Грей и его сотрудники показали, что потеря емкости и саморазряд напрямую связаны со структурными изменениями кремниевых анодов, и их можно избежать путем правильного выбора связующих. ²¹⁶ Перес-Висенте и его коллеги изучили Sn ₄ P ₃ как возможный новый анодный материал. ²¹⁷

Хотя большинство исследований ЯМР, связанных с материалами литий-ионных элементов, состоят из измерений твердотельного вращения под магическим углом (MAS), в сообществе литий-ионных элементов часто игнорируется, что это также мощный метод исследования жидкости. образцы и решения. Современные жидкие электролиты, представляющие собой смеси огромного количества органических и неорганических соединений, обеспечивают большое количество ЯМР-активных ядер, таких как ¹ H, ¹³ C (в органических молекулах), ⁷ Li, ³¹ P, ¹⁹ F (в LiPF ₆ ), в случае недавно разработанных проводящих солей, таких как LiTFSI или LiFSI, даже ¹⁴ N или ¹⁵ N могут быть вариантами.Это огромное разнообразие активных ядер открывает множество возможностей для изучения явлений, связанных с электролитом, таких как старение, разложение электролита или образование SEI.

DeSilva et al. исследовали образование SEI на LiNi _0,80 Co _0,2 O ₂ катодах и MCMB- (1028) -углеродных анодах через ⁷ Li, ¹⁹ F и ³¹ P твердотельный MAS ЯМР. ²¹⁸ Их электролиты на основе LiPF ₆ представляли собой растворители на основе карбонатов (EC, EMC), содержащие фторированные добавки, такие как 1-FEC, DTFEC (бис- (2,2,2-трифторэтилкарбонат), 2,2,2-трифторэтил метилкарбонат (TFEMC) и трифенилфосфат. ²¹⁸ В случае катода авторы могли определить различные количества необратимых концентраций Li для одного и того же номинального электрохимического SOC после разборки ячейки. ²¹⁸ Кроме того, они могли показать, что аддитивное разложение и осаждение также происходят на катоде. ²¹⁸

С анодной точки зрения были обнаружены различные количества LiF, а также продукты разложения фторированных карбонатов. Дюпре и его сотрудники исследовали старые электроды из Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ и LiFePO ₄ и определили их концентрации LiF. ²¹⁹ Путем корреляции со снижением емкости циклической ячейки авторы смогли предложить несколько путей реакции для различных механизмов старения исследуемых электродов. ²¹⁹

Люхт и его сотрудники предложили механизмы термического разложения из-за автокатализа и протонных примесей для некоторых карбонатных растворителей, часто используемых в современных электролитах, таких как DMC, EC и DEC. ^220,221 Их исследование представляло собой комбинацию методов ЯМР ( ¹ H, ¹³ C, ¹⁹ F, ³¹ P, DEPT, COSY и HETCOR), GC-MS и SEC и проводилось на модели. система, которая не содержала материала, собранного из старого литий-ионного элемента.Однако, помимо протонных примесей, таких как H ₂ O или этанол, авторы смогли идентифицировать DEC как основную причину термического разложения LiPF ₆ и наблюдали ряд продуктов разложения, которые также могут изменять материалы анода и катода во время жизнь литий-ионного элемента. ²²⁰ В ходе последующего исследования они исследовали взаимодействие нескольких катодных материалов с органическими электролитами при повышенных температурах. ²²¹ Очевидно, Li ₂ CO ₃ , присутствующий на поверхности катодных частиц, способен ингибировать термическое разложение органических электролитов. ²²¹ Кроме того, продукты разложения электролита, обнаруженные в этом исследовании, были аналогичны тем, которые наблюдались на катодах, удаленных из подвергшихся термическому воздействию литий-ионных элементов. ²²²

Подводя итог, можно сказать, что модельные исследования, включающие измерения ЯМР в сочетании с другими методами определения характеристик, могут быть полезны для интерпретации данных, полученных в результате посмертного анализа старых литий-ионных клеток.

Структурная характеристика

В посмертном анализе метод дифракции рентгеновских лучей (XRD) обычно применяется для структурного анализа активных материалов в электродах (рис. 6k).Как и все дифракционные методы, XRD применим только к материалам, атомы которых обладают определенной периодичностью. XRD широко используется при диагностике многих механизмов старения, поскольку он предоставляет важную информацию о структурных изменениях, которые кристаллические активные материалы могут претерпеть во время старения. ^{16,34,81,135,223}

Кроме того, XRD предоставляет информацию об изменениях ориентации частиц и образовании пленки на электроде | электролит интерфейс. ^34,135 Последнее явление можно увидеть на XRD по уменьшению интенсивности пика. ^34,135 Аналогичным образом Liu et al. показали, что уширение пиков XRD указывает на возникновение расслоения графита. ²²³ Кристаллические продукты разложения на поверхности анода наблюдаются дополнительными пиками. ¹²²

XRD также позволяет обнаруживать химические реакции разложения / растворения по уменьшению объема решетки катодных частиц. Stiaszny et al. проанализировали коммерческую литий-ионную батарею со смешанным катодом LiMn ₂ O ₄ / NMC и графитовым анодом, циклически повторяемым при комнатной температуре. ¹⁸ Авторы измерили изменение параметров решетки состаренного активного материала NMC, на которое повлияло растворение переходных металлов в электролите, что вызывает снижение количества Li в катоде. ^18,19

Зависимое от температуры изменение механизма старения (покрытие Li / рост SEI) в коммерческой ячейке 18650 с графитовым анодом и катодом из смеси LiMn ₂ O ₄ / NMC-катод было видно в измерениях XRD по изменению постоянных решетки a и c NMC. ¹⁶ Константы решетки также коррелировали с содержанием Li, измеренным методом ICP-OES в состаренных анодах и катодах. ¹⁶ После сохранения осаждения Li путем химической реакции его поверхности с изопропанолом для идентификации Li ₂ CO ₃ была использована порошковая дифракция рентгеновских лучей (PXRD). ¹⁵⁰ Результаты согласуются с измерениями EDX и FTIR. ¹⁵⁰

XRD — это распространенный метод определения постоянных решетки кристаллических активных материалов.Однако, поскольку XRD ограничивается измерениями в объеме электрода, его часто приходится комбинировать с другими методами, например поверхностно-чувствительный метод, такой как SEM или EDX.

Анализ электролита

Разложение электролита происходит из-за побочных реакций, которые приводят к образованию нерастворимых, растворимых и газообразных продуктов. ^37,224,225 Идентификация таких продуктов имеет основополагающее значение для отслеживания побочных реакций, ответственных за старение батареи. Таким образом, во многих исследованиях реализованы методы анализа электролитов и газов, образующихся при старении батареи.Наряду с жидкостной ЯМР-спектроскопией (см. Выше) хроматографические методы оказались очень успешными для определения характеристик электролитов после смерти. Основной принцип хроматографии — разделение компонентов смеси и последующее обнаружение. Разделение, например, достигается за счет разного времени удерживания в адсорбированном состоянии на стенке при прохождении через капилляр (рис. 6l). Эксперименты с другими методами часто дополняют друг друга, особенно для анализа нерастворимых продуктов; эти методы описаны в других подразделах этой рукописи.Большинство исследований, касающихся методов хроматографии, сосредоточено на смесях растворителей на основе карбоната LiPF ₆ (EC, PC, DMC, EMC и DEC), поскольку они являются наиболее распространенными электролитами, используемыми в литий-ионных батареях.

Далее обзор литературы по посмертному анализу электролита и газа разделен на две основные группы: исследования с лабораторными ячейками, разработанными специально для сбора большого количества проб жидкости и газа, и исследования с коммерческими ячейками, обычно содержащими только небольшой избыток электролита, который трудно восстановить.

Анализ электролита и газа, выполненный на ячейках лабораторного масштаба

Ранние исследования ¹⁷¹ были выполнены после первой загрузки LiCoO ₂ / графитовых элементов. Авторы применили жидкостную хроматографию в сочетании с инфракрасной спектрометрией Фурье (LC-FTIR) для анализа восстановленного электролита, который предоставил алкилдикарбонаты в качестве основного растворимого соединения, образующегося при разложении электролита. ¹⁷¹

Газовая хроматография (ГХ) в сочетании с детектором теплопроводности (GC-TCD) позволила наблюдать H ₂ , CO, CO ₂ , CH ₄ , C ₂ H ₄ , C ₂ H ₆ и C ₃ H ₈ при первой зарядке.Чтобы понять механизм образования алкилдикарбонатов, Sasaki et al. провели посмертный анализ ГХ-масс-спектрометрии (ГХ-МС) электролита, извлеченного после циклирования литий / графитовых полуэлементов. ²²⁶ Присутствие алкилдикарбоната было подтверждено, и параллельное химическое моделирование показало, что алкоксиды Li могут запускать образование алкилдикарбоната. ²²⁶

Стремясь понять процессы восстановительного разложения LiPF ₆ -карбонатных растворителей, группа Ларуэля ^227–229 провела посмертный анализ электролитов и газов на лабораторных ячейках.Авторы использовали ионизацию электрораспылением в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения (ESI-HRMS) и GC-MS для анализа электролитов, хотя другой набор капиллярных колонок был реализован для GC-MS анализов задержанного газа. Параллельное использование этих методов позволяет обнаруживать соединения в широком диапазоне масс, таким образом, был выяснен общий механизм разложения электролита. ^228,229 Авторы обнаружили, что большинство соединений разложения, полученных в результате линейного восстановления карбоната, обеспечивают алкоксиды Li, которые дополнительно запускают этерификацию электролита, в то время как двухступенчатое восстановление EC было менее важным.

С другой стороны, следы H ₂ O в LiPF ₆ приводят к образованию POF ₃ , HF и LiF. Этот механизм усиливается за счет температуры, следовательно, в литературе также можно найти тесты хранения электролита с использованием хроматографических анализов. ^230–234 Terborg et al. ²³⁰ исследовали механизмы термического старения и гидролиза LiPF ₆ с помощью ионной хроматографии (IC) в сочетании с ESI-MS. В этих исследованиях интересно отметить, что реализация IC позволяет обнаруживать HF в электролитах благодаря идентификации F ^— .Kraft et al. ²³⁴ изучили продукты разложения электролитов LP30 и LP50 при термическом старении, разработав методы разделения и сравнив надежность трех различных колонок IC. Более того, авторы объединили IC-ESI-MS-MS для идентификации новых фосфорорганических соединений. ²³⁴ Handel et al. исследовали термическое разложение смесей EC / DEC + LiPF ₆ с загрязнением деионизированной водой, применяя ГХ-МС для анализов жидких электролитов и ГХ-МС над паром для анализов летучих соединений. ²³³ Также были выполнены дополнительный ЯМР и кислотное титрование. Авторы пришли к выводу, что старение электролита протекает с низкой скоростью, поскольку исключаются каталитические поверхности, окружающий воздух и протонные примеси. ²³³

Анализ электролита и газа, выполняемый на коммерческих элементах

Хроматографические методы также применялись для анализа электролита и газа, взятого из коммерческих литий-ионных аккумуляторов. ^{83,225,235–238} Задача состоит в том, чтобы применить знания, полученные в результате анализов на ячейках лабораторного масштаба, на коммерческих, чтобы указать пути разложения электролита в соответствии с заданным протоколом старения.Идентификация нежелательных продуктов реакции может указать на будущую оптимизацию коммерческих ячеек. Тем не менее, метод отбора проб имеет решающее значение, поскольку коммерческие ячейки обычно не имеют ни избытка электролита, ни газовых карманов.

Kumai et al. спроектировал резервуар «газовыделения» для отбора проб газа из графитовых ячеек LiCoO ₂ после циклических испытаний, перезарядки и избыточного разряда. ²³⁵ CO ₂ , CO, CH ₄ , C ₂ H ₆ и C ₃ H ₈ были обнаружены путем проведения анализов GC-TCD и GC в сочетании с пламенно-ионизационным детектором (GC -FID).Terborg et al. восстановил электролит из промышленной ячейки после 1400 циклов промывкой сепараторов, анода и катодов в ПК. ²³⁷ Впоследствии растворы подвергали анализу ГХ-МС. ²³⁷

Совсем недавно было представлено оборудование GC-FTIR-MS ²³⁶ как полезный метод для анализа газов из набухшей коммерческой ячейки. Улавливание газа осуществляли в перчаточном боксе, наполненном аргоном, путем прокалывания мешочка для ячеек герметичным шприцем. Авторы идентифицировали CO, CO ₂ , CH ₄ и C ₃ H ₈ на графике ГХ / FTIR Грама-Шмидта, тогда как хроматограмма ГХ / МС позволила обнаружить другие менее распространенные летучие соединения. ²³⁶ Дополнительные анализы электролитов с помощью ГХ-МС позволили обнаружить алкилдикарбонаты и более длинные карбонатные цепи, а также органофосфатные соединения, что указывает на то, что следы воды, присутствующие в коммерческом элементе, играют роль в разложении электролита. ²³⁶

Grützke et al. восстановленный электролит из литий-ионных элементов на основе NMC 5 Ач, которые были испытаны в полевых условиях в HEV. ⁸³ Клапан давления каждой ячейки был раздавлен, и электролит был собран. ⁸³ Анализ ГХ-МС выявил компоненты электролита, а анализ ГХ-ПИД позволил оценить состав. ⁸³ С помощью IC-ESI-MS авторы обнаружили виды F ^— и PO ₂ F ₂ ^— при открытии ячеек в инертной атмосфере, тогда как HPO ₃ F ^— и H ₂ PO ₄ ^— также были обнаружены при открытии во влажной среде. ⁸³ В промышленных ячейках следы воды кажутся неизбежными из-за гигроскопичности LiPF ₆ , затем электрохимическое / химическое разложение электролита, которое приводит к этерификации растворителя, сопровождается образованием органофосфатов, поскольку продукты разложения реагируют с POF ₃ . ²²⁸

Чтобы понять влияние добавок, необходимо провести посмертный анализ разложившихся электролитов и образовавшегося газа на ячейках ²³⁹ лабораторного масштаба, а также на более крупных прототипах. ²²⁵ Более того, методы посмертной хроматографии начинают применяться для оценки новых составов электролитов, предназначенных для приложений высокого напряжения, для которых окисление электролита и термическое разложение являются основными проблемами, которые необходимо решить.

Электрохимический анализ повторно собранных электродов

Реконструкция на половинные ячейки

Посмертные электрохимические характеристики могут быть выполнены в ячейках путем реконструкции анодов или катодов вместе с металлическим Li в качестве противоэлектрода. ^{12,17–19,34,88} Для электродов с двусторонним покрытием необходимо удалить одно покрытие, например с помощью N-метилпирролидона ⁸⁸ или с помощью лазерного гашения. ^87,90

Электроды, извлеченные из свежих и старых клеток, изучаются по одним и тем же протоколам. Целями этих электрохимических испытаний являются (i) определение остаточной (или остаточной) емкости электродов (в мАч / см ² ) и (ii) измерение обратимой емкости (в мАч / см ² ) с учетом что элементы обязательно были разобраны в одном и том же SOC (часто 0% SOC).

Для отрицательного электрода / литиевых элементов первый электрохимический тест заключается в зарядке для извлечения лития из анода (делитирование). В то время как для положительного электрода / литиевых ячеек первые испытания заключаются в разряде для введения лития в катод (литиирование). Соответствующие емкости являются остаточными емкостями электродов. Чтобы получить обратимые емкости, отрицательный электрод в полуэлементе снова литируется, а положительный электрод — литиирован.

В электродах, извлеченных из свежих ячеек, остаточная емкость позволяет оценить начальную необратимость ячейки из-за образования слоя SEI на этапе формирования. ⁴⁶ Реверсивная мощность раскрывает начальную балансировку. ¹²

В старых электродах изменение остаточной емкости указывает на потребление Li в побочных реакциях, а изменение обратимой емкости служит для отслеживания дисбаланса клеток при старении, а также для правильного определения механизма старения. ^17,46

На рисунке 8 показан принцип определения емкости в монетных половинках. Следует отметить, что следует соблюдать осторожность при использовании указанного метода определения емкости, если в электроде присутствуют неоднородности из-за ошибок изготовления или старения.Один из способов преодоления этой проблемы — не учитывать среднюю поверхностную емкость (в мАч / см ² ) образцов, а учитывать средний вес образцов, собранных со «свежих» электродов перед созданием плоских ячеек для расчета и сравните массовую емкость (в мАч / г).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Процедура электрохимических измерений в собранных монетных полуячейках.

Kobayashi et al. предложили аналогичную процедуру определения емкости каждого электрода. ¹² Они изучили LiMn ₂ O ₄ / LiNi _0,8 Co _0,15 Al _0,05 O _{2 смешанный катод} по сравнению с . — анодная система из угольного графита. ¹² Остаточная емкость катодов, собранная из элементов после цикла или календарного старения (преобразованная в SOC катода в состоянии разряда), увеличилась по сравнению со значением, полученным для свежего элемента. ¹² Авторы продемонстрировали, что существует взаимосвязь между сохранением емкости исследуемой ячейки и SOC катода в состоянии разряда (идентично с напряжением холостого хода полукруглого элемента, которое определяет состояние лития. электрода). ¹² Это предполагает, что ионы Li не только необратимо накапливаются на анодной стороне в начальном цикле образования SEI, но также постоянно накапливаются во время циклического или календарного старения. Аналогичные результаты были получены другими методами. ^16,28

Aurbach et al. повторно собраны свежие и проверенные электроды из ячейки 18650 с угольными анодами и катодами из LiCoO ₂ в ячейки с литиевым противоэлектродом и электродом сравнения. ³⁴ Авторы выполнили тесты циклической вольтамперометрии (CV) и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) с этими повторно собранными ячейками. ³⁴ Из измерений CV и EIS они заметили, что кинетика состаренных анодов замедляется по сравнению со свежими анодами. ³⁴ Причина — рост толстой поверхностной пленки при старении. ^{28,34,135,240}

Такие базовые электрохимические тесты в конфигурации полуячейки предлагают изображение реального состояния литиирования каждого электрода полной ячейки в состоянии разряда. Оставшиеся емкости могут косвенно привести к необратимому накоплению ионов Li в аноде, что может быть подтверждено также химическим анализом анода с помощью ICP-OES. Обратимые емкости позволяют оценить эволюцию вводимой способности основной структуры каждого электрода и определить наиболее значимый фактор замирания емкости.Ключевым вопросом является согласованность повторно собранных ячеек, поэтому по крайней мере две ячейки должны быть построены из одних и тех же электродов.

Реконструкция в полные ячейки с электродами сравнения

Дополнительно к реконструкции анода или катода в полуэлементы по сравнению с . Li, ^12,34,81 можно построить полные ячейки, используя анод, катод и дополнительный электрод сравнения (RE). ^75,87,241 УЭ позволяет получать потенциалы как анода, так и катода во время зарядки и разрядки. ⁸⁷ Отметим, что измерения в полуячейках дают другой результат, так как взаимодействие между анодом и катодом отсутствует.

Стабильность во времени потенциала RE имеет фундаментальное значение и зависит от температуры испытания и природы электрохимической пары, выбранной в качестве RE (Li ⁺ / Li, ^{16,241–257,90} FePO ₄ / LiFePO ₄ , ²⁵⁸ двухфазные пары, такие как Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ / Li ₇ Ti ₅ O ₁₂ , ^258–261 Сплавы Li, такие как Li 904 / Sn, ^262,263 Li _x Al / Al, ²⁶⁴ или Li _x Bi / Bi ²⁶⁵ ).

Как известно, позиция RE особенно важна. Например, в водных системах хорошо зарекомендовал себя капилляр Луггина-Габера, который располагается (i) рядом с рабочим электродом и (ii) между закупоркой и противоэлектродом. ²⁶⁶ Недавно Hogg и Wohlfahrt-Mehrens выполнили измерения в 4-электродных полных ячейках с двумя RE. ²⁴¹ Авторы обнаружили, что положение RE между анодом и катодом также очень важно для правильного измерения анодных потенциалов в полностью литий-ионной ячейке. ²⁴¹

Ramadass et al. повторно собранные Т-клетки против . Li с графитовых анодов и LiCoO ₂ катодов с промышленных ячеек 18650 (800 циклов при КТ). ⁸¹ Повторно собранные элементы были встроены в перчаточный ящик с использованием сепаратора от разобранного старого элемента Sony и 1 M LiPF ₆ в EC: DMC = 1: 1 в качестве электролита. ⁸¹ Графитовый анод и катод NCA из коммерческих высокоэнергетических ячеек типа 18650 были недавно повторно собраны в 3-х электродные полные ячейки с дополнительным литиевым электродом сравнения. ⁸⁷ Используя этот метод, можно было измерить потенциал анода vs . Li / Li ⁺ и, следовательно, для определения условий осаждения Li. ^87,90 Следовательно, могут быть разработаны оптимизированные процедуры зарядки для предотвращения осаждения лития в коммерческих элементах 18650 и значительного увеличения срока службы батареи. ⁸⁷

В дополнение к измерениям электродных потенциалов с помощью RE, также можно выполнять измерения импеданса как анода, так и катода, извлеченных из свежих и состаренных ячеек, одновременно при различных состояниях заряда. ²⁶¹ Этот тип измерения требует оптимизации морфологии УЭ и его размещения внутри ячейки для получения надежных спектров импеданса.

Расположение RE важно для получения надежных значений потенциала и импеданса. ²⁴⁸ Dees et al. смоделировали распределение потенциала электролита внутри ячейки, чтобы найти наилучшее расположение RE внутри ячейки-пакета. ²⁶⁷ В других статьях ^248,249,268 показаны искажения или артефакты смоделированных спектров импеданса комбинированных геометрических и электрических асимметрий в электродах.Эти артефакты часто представляют собой индукционные петли в низкочастотной области одного из электродов.

В любом случае очень важно держать электроды в строго контролируемых условиях. ⁷⁵ Itou et al. повторно собраны электроды из циклически проработанных ячеек вместе со свежими электродами в новые ячейки с литиевым электродом сравнения, чтобы измерить увеличение сопротивления электродов. ⁷⁵ С помощью этого метода авторы обнаружили, что катод в основном отвечает за увеличение сопротивления во время циклирования при 60 ° C. ⁷⁵ Последовательно, FIB / SEM и XAFS выявили трещины на границах границ зерен внутри частиц и локальные изменения в катоде LiNi _0,8 Co _0,15 Al _0,05 O ₂ соответственно. ⁷⁵

Примечательно, что еще одна конфигурация для посмертных испытаний импеданса — это симметричные круглые ячейки с электродами той же полярности. Это позволяет проводить оценку каждого электрода без влияния противоэлектрода или RE. ^269,270 Недостатком этой конфигурации является то, что полное сопротивление может быть получено только в одном уникальном состоянии лития, соответствующем SOC элемента перед разборкой.

Альтернативным решением может быть интеграция RE непосредственно в все еще функционирующую промышленную ячейку без разборки и реконструкции электродов. Этот подход сложен, поскольку необходимо обеспечить надлежащее повторное запечатывание ячеек.

Как подробно описано в разделе «Физико-химический анализ состаренных материалов после разборки литий-ионных элементов», каждый метод физико-химического анализа имеет свои определенные преимущества и недостатки, позволяя наблюдать только определенные аспекты механизма старения, не имея возможности охарактеризовать других.Например, поверхностно-чувствительные методы не могут получить доступ к объемным свойствам электродов. Напротив, методы, чувствительные к массе, смешивают свойства поверхности со свойствами массы электрода. Поскольку объем обычно намного больше поверхности, влияние поверхности на измерение часто незначительно. Методы профилирования по глубине обнаруживают как поверхность электрода, так и объем, однако они не обнаруживают морфологических или структурных изменений.

Требуемые возможности метода анализа сильно зависят от наблюдаемого механизма старения.На рисунке 9 показан схематический обзор механизмов деградации электродов и материалов, который часто не упоминается в литературе. Деградация электродов включает рост пленок на поверхности электродов (разложение электролита ^{16,18,26,28,40,122} или осаждение лития ^25,45,72 ), засорение пор электродов или сепаратора, ³⁷ отслоение сепаратор, ^42,95 трещины в покрытии электрода ^32,42,223 или деформация электродов или сепаратора. ^9,14,32

Деградация материала включает трещины частиц, ^{42,74,75,129,130 ​​} отслаивание, ³⁷ изменения на поверхности частиц, ^37,158 образование пленки на частицах, ^37,271 растворение / миграция переходных металлов, ^36,37,272 разложение электролита, ^175,228,229 или закрытие пор разделителя (например, под действием приложенного давления). ^{134 273} Соответствующие рекомендуемые методы анализа показаны на Рисунке 9.

На рисунке 10 показан обзор возможностей методов анализа, подробно обсуждаемых в разделе «Физико-химический анализ состаренных материалов после разборки литий-ионных элементов». Зеленый, оранжевый и красный цвета указывают на хорошую, ограниченную и отсутствие возможности обнаружения конкретного механизма старения соответственно. Из рисунка 10 ясно видно, что возможности различных методов анализа широко распространены, но нет метода, который бы охватывал все механизмы старения. Поэтому мы даем четкую рекомендацию исследовать образцы с помощью различных дополнительных методов анализа, чтобы получить полное представление о механизмах старения в литий-ионных элементах.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 10. Обзор методов анализа и явлений, которые они могут обнаружить. Зеленый, оранжевый и красный цвета указывают на хорошую, ограниченную и отсутствие возможности обнаружения конкретного механизма старения соответственно.

Разборка литий-ионных аккумуляторов является обязательной для сбора образцов для определения механизмов старения и улучшения материалов, включая поэтапное улучшение современных материалов, а также разработку новых поколений материалов.

В данной статье рассматриваются современные процедуры посмертного анализа старых литий-ионных клеток. В частности, подробно рассматриваются методы разборки старых литий-ионных элементов, а также физико-химический анализ их компонентов.

Химически инертная среда во время открытия ячейки имеет решающее значение для обеспечения надежных результатов с образцами, чувствительными к воздуху, и безопасной работы экспериментатора. Для последующей обработки образцов рекомендуется промыть электроды в растворителе, который уже входит в состав электролита (например,грамм. DMC) для поддержания качества образцов. Однако на данный момент не совсем ясно, как промывка влияет на слои SEI на электродах. Опытный экспериментатор, использующий соответствующее оборудование для вскрытия ячеек, является обязательным для получения интерпретируемых результатов при анализе образцов, полученных из литий-ионных ячеек.

Были рассмотрены доступные методы физико-химического анализа для посмертного анализа литий-ионных аккумуляторов, включая микроскопию, химические методы, чувствительные к поверхностям электродов и объему электродов, а также методы анализа электролитов и реконструкцию электродов на половину и полные ячейки с электродом сравнения.В последнем случае существует значительная разница между реконструкцией в половинные и полные ячейки. Полуячейки с анодами или катодом против . — литий-противоэлектрод, обеспечивающий емкость отдельных электродов. Напротив, реконструкция анодов и катодов в 3-электродные ячейки с дополнительным электродом сравнения содержит информацию о взаимодействии между анодом и катодом. Таким образом, 3-электродные ячейки позволяют получить представление об сопротивлениях электродов и потенциалах электродов, которые имеют решающее значение для основных механизмов старения (например,грамм. Li-покрытие для отрицательных анодных потенциалов).

Каждый метод физико-химического анализа позволяет наблюдать только определенные аспекты разложения литий-ионных аккумуляторов. Поэтому рекомендуется исследовать образцы с помощью ряда дополнительных методов анализа, чтобы получить полную картину механизмов старения. Комбинируя рассмотренные методы, можно охарактеризовать все соответствующие части ячеек (аноды, катоды, сепараторы и электролиты) с точки зрения их микроструктуры, кристаллографической структуры и химического состава.

Только благодаря детальному знанию механизмов старения современные материалы могут быть удовлетворительно улучшены и разработаны новые материалы, отвечающие требованиям и требованиям будущих применений использования батарей в форме повышенной мощности и плотности энергии. Таким образом, мы считаем процедуры, рассмотренные в этой статье, подходящими для разборки элементов будущих поколений батарей с увеличенной мощностью и плотностью энергии, после небольшого изменения метода разборки, если это необходимо.

Этот обзор был написан в рамках проекта MAT4BAT (http://mat4bat.eu/) и получил финансирование от Седьмой рамочной программы Европейского сообщества (FP7 / 2007-2013) в рамках грантового соглашения № 608931.

Эффект реконструкции интерфейса для перезаряжаемой алюминиевой батареи в ионно-жидком электролите для улучшения характеристик при циклической работе

Abstract

Металлический алюминий (Al) считается перспективным анодом для аккумуляторных батарей из-за его естественного обилия и высокой теоретической удельной емкости.Однако перезаряжаемые алюминиевые батареи (RAB), использующие металлический алюминий в качестве анода, демонстрируют плохие характеристики при циклической работе из-за проблем на границе раздела между анодом и электролитом. Было подтверждено, что межфазный слой твердого электролита (SEI) на аноде имеет важное значение для улучшения циклических характеристик аккумуляторных батарей. Поэтому мы погружаем металлический Al в ионный жидкий электролит на некоторое время, прежде чем использовать его в качестве анода для удаления пассивной пленки и воздействия свежего алюминия на электролит. Затем происходят реакции открытого алюминия, кислоты, кислорода и воды в электролите с образованием слоя SEI в цикле.Al / электролит / V ₂ O ₅ полных батарей с тонким, однородным и стабильным слоем SEI на металлическом алюминиевом аноде обеспечивают высокую разрядную емкость и кулоновский КПД (CE). Эта работа демонстрирует, что слой SEI формируется на металлическом алюминиевом аноде в цикле с использованием простого и эффективного процесса предварительной обработки и приводит к превосходным характеристикам циклирования для RAB.

Графический реферат

Эффективная реконструкция границы раздела достигается простой предварительной обработкой погружения металлического алюминиевого анода в ионный жидкий электролит на определенное время перед сборкой батареи, при этом межфазный слой твердого электролита формируется посредством реконструкции границы раздела. электрохимические характеристики аккумуляторных алюминиевых батарей.

1. Загрузить: Загрузить изображение в высоком разрешении (185KB)
2. Загрузить: Загрузить полноразмерное изображение

Ключевые слова

Перезаряжаемый алюминиевый аккумулятор

Алюминиевый анод

Ионно-жидкий электролит

Твердоэлектролитная межфазная поверхность

Рекомендуемые статьи статьи (0)

© 2018 Институт технологии производства Китайской академии наук. Издательские услуги Elsevier B.V. от имени KeAi Communications Co., Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Как собрать самодельный аккумулятор

Обновлено 9 сентября 2019 г.

Автор С. Хуссейн Атер

Вы можете собрать самодельный аккумулятор из различных частей, лежащих в вашем доме. Простой аккумулятор, сделанный своими руками, может показать вам, как электричество проходит через предметы от положительного к отрицательному полюсу аккумулятора.

Вы можете быть удивлены, насколько полезными могут быть ваши предметы домашнего обихода в создании чего-то, что поначалу может показаться так, как будто это может быть создано только на фабрике.Хотя этот метод не будет точно такими же химическими реакциями, как в заводских батареях, он может показать вам силу электричества в целом.

Изготовление самодельной батареи

Вы можете создать основу самодельной батареи, используя заземленную батарею, монетную батарею или солевую батарею. Эти самодельные батареи будут использовать химическую реакцию для создания электрического тока. Вы можете создать этот ток через основные материалы, лежащие в вашем собственном доме вместе с раствором электролита.

Однако соблюдайте меры предосторожности. Эти батареи маленькие и простые, но избегайте одновременного касания обоих проводов, соединяющих концы батареи. Обрезая провода или проверяя напряжение или ток в токе, будьте особенно осторожны, чтобы не замкнуть аккумулятор или не пораниться электричеством или теплом.

Подготовка заземляющей батареи

Заземляющую батарею можно сделать из металлических электродов, которые могут проводить электрический ток друг через друга.Эти металлы могут работать, когда они находятся в самой земле, что и дало название этому типу батарей. Вам нужно будет находиться на улице в то время, когда нет опасных погодных условий, таких как проливной дождь или гроза.

Вам также понадобятся 12 медных гвоздей (или стержней), которые будут помещены в землю, 12 гвоздей (или стержней) из оцинкованного алюминия, медная проволока и конденсаторы высокой емкости. Кроме того, вам понадобятся вольтметр и кусачки. Вы также можете по желанию использовать рулетку, алюминиевую фольгу и компас для более точных расчетов при создании батареи.

Прежде чем копать во дворе, убедитесь, что у вас есть разрешение от местных коммунальных служб или других лиц, владеющих земельным участком. По соображениям безопасности вы можете даже копать только на несколько дюймов глубиной.

Изготовление заземляющей батареи

Чтобы сделать заземляющие электроды, используйте кусачки, чтобы удалить примерно 1,5 дюйма изоляции с медного провода. Оберните полоски проволоки вокруг алюминиевых и медных гвоздей. Затем вы вставляете электроды и присоединяете к ним выводы мультиметра.Установите мультиметр на постоянный или переменный ток в зависимости от тока, который вы планируете использовать.

Чтобы создать простейшую батарею заземления, одноэлементную, вы можете начать с забивания одного медного гвоздя и одного алюминиевого гвоздя в землю на расстоянии нескольких футов друг от друга. Соедините их медным проводом. Убедитесь, что проволока плотно и надежно намотана на шляпки каждого гвоздя. Проверьте мультиметр, можете ли вы считать ток.

Плотно обернув провода алюминиевой фольгой, можно более тщательно передать заряд между гвоздями.Чтобы создать более сложную, многоэлементную батарею, вы можете использовать все 12 алюминиевых и медных элементов, расположенных так, чтобы один соединялся с другим в последовательной цепи, чередуя алюминиевые и медные элементы. Каждая связанная пара гвоздей в этом случае является ячейкой.

Поскольку мощность земной батареи зависит от содержания ионов в почве земли, она работает только в некоторых частях суши. Естественные электрические токи, протекающие через землю от железа и других ионных металлов в земле, могут создавать естественное электричество.

Создание батареи для монет

Создание батареи для монет — еще один простой и понятный способ продемонстрировать ток и напряжение в батарее. Для этого вам понадобятся несколько медных пенсов, кусок алюминиевой фольги, кусок влажной ткани или картона, ножницы, соль, мультиметр и таз с водой. Вы также можете использовать уксус в качестве электролита. Чтобы монета была сделана из меди, убедитесь, что она была произведена после 1982 года.

Возьмите бумажное полотенце, влажную салфетку или картон и поместите на него монету, чтобы вы могли вырезать ее форму из бумажного полотенца или влажного материала.Чтобы создать электролит, смешайте несколько чайных ложек соли в миске с водой, пока она не растворится. Если у вас есть уксус, вы можете использовать его как слабый электролит.

Окуните влажную ткань или салфетку в емкость с электролитом и выньте ее через две минуты. Вымочите из него лишнюю воду. Оберните один пенни алюминиевой фольгой и вырежьте его форму. Затем вы можете добавить пропитанный материал к алюминиевой фольге и положить на нее монету. Это ваша основная ячейка батареи.

Создайте столько аккумуляторных ячеек, сколько захотите, и сложите их друг на друга.Вы можете проверить, работает ли ваша батарея, подсоединив мультиметр к обоим концам или поместив небольшой светодиодный индикатор, который загорается при наличии электрического тока. Подумайте, насколько это расположение похоже на многоклеточное расположение земных батарей.

Строительство соляной батареи

Подобно монетной батарее, соляные батареи сделаны с четвертью. На этот раз вам понадобится поршень шприца, 12 железных или цинковых винтов, полоски бумаги и наждачной бумаги, соль, вода, мультиметр, отвертка, светодиодные фонари, изолирующий материал, такой как пластик или картон, и медная проволока.С помощью наждачной бумаги удалите изоляцию с медного провода, если таковая имеется.

Плотно оберните одну из полосок бумаги вокруг шурупа и намотайте медную проволоку вокруг гвоздя от 30 до 40 раз для всех 12 шурупов. Убедитесь, что медная проволока не касается гвоздя напрямую, а, скорее, лежит на полосе бумаги.

С помощью поршня шприца проделайте шесть отверстий на одной стороне изоляционного материала. С помощью отвертки протолкните каждый винт через изоляционный материал в виде сетки.Эта установка будет основой того, как электрический ток течет по цепи. Надежно и плотно соедините их медным проводом.

Окуните аккумулятор в соленую воду на несколько минут, чтобы он мог проводить электричество. Когда вы вынимаете его из водяной бани, вы можете использовать мультиметр, чтобы проверить напряжение батареи.

Применение этих батарей

Хотя эти эксперименты просты и элементарны, явления, которые они иллюстрируют, могут найти практическое применение в использовании воды для недорогих перезаряжаемых батарей в будущем.Исследования электролитических материалов в физике и химии могут позволить ученым использовать солевые растворы в качестве основы для батарей.

Текущий недостаток использования воды в качестве электролита для батарей заключается в том, что она не обеспечивает почти такое же напряжение, как литий-ионные элементы или аналогичные химические элементы в батареях. Недавние исследования попытались преодолеть это препятствие.

Исследования, проведенные Швейцарской федеральной лабораторией материаловедения и технологий, недавно привели к открытию, что использование FSI (бис (фторсульфонил) имида натрия) в качестве основы для солевого раствора имеет электрохимическую стабильность до 2.6 вольт — почти вдвое больше, чем у других водных электролитических жидкостей. Это может привести к появлению недорогих и безопасных аккумуляторов.

Земные батареи имели большое историческое применение. Шотландский философ Александр Бейн изобрел земную батарею в 1841 году для преобразования потока тока, и это изобретение позже легло в основу телеграфной передачи. Дальнейшие исследования с использованием земных батарей приведут к большему пониманию электрического поля Земли, например к открытию того, что земные токи текут с юга на север.

Видео разборки и сборки Nokia G20 опубликовано

Youtube-канал Techno Rabin выложил первые видеоролики о разборке и сборке недавно анонсированных смартфонов Nokia. Первое устройство, разобранное и повторно собранное в видео, — это Nokia G20, лучший из двух смартфонов среднего класса, представленных Nokia Mobile.

Телефон выглядит как полностью сделанный из поликарбоната, но на самом деле в его основе лежит алюминиевая рамка, которая сделает устройство прочным, как кирпич.Чтобы добраться до него, специалист по ремонту мобильных телефонов нагревает заднюю часть телефона, чтобы ослабить клей, удерживающий его. Nokia упростила извлечение аккумулятора, так как он прикреплен к алюминиевой внутренней рамке с помощью липкой ленты, что заслуживает похвалы.

После откручивания нескольких винтов материнская плата становится легко доступной и может быть быстро снята. Сложнее всего удалить антенные кабели и кнопки по бокам телефона, но все, кажется, довольно легко разобрать, что оценят технические специалисты и JerryRigEverything.

Если вы мастер по ремонту телефонов, обязательно посмотрите видео по сборке на тот случай, если у вас не останутся запасные части.

Сегодняшние телефоны ничем не похожи на телефоны, сделанные 15 лет назад, когда единственным инструментом, который вам понадобился, был медиатор и винты Torx, чтобы их разобрать и собрать. Я действительно скучаю по тем временам, когда можно было купить запасную материнскую плату или даже экран и поменять детали дома.

Приветствую Техно Рабина за то, что поделился этими видео!

Прибывают

миллионов электромобилей. Что происходит со всеми дохлыми батареями? | Наука

Измельченный аккумулятор электромобиля может давать металл, пригодный для вторичной переработки, но производителям аккумуляторов зачастую дешевле использовать новые материалы.

Аргоннская национальная лаборатория

Ян Морс, мая. 20, 2021, 12:44

Аккумулятор Tesla Model S — это произведение сложной инженерной мысли. Тысячи цилиндрических ячеек с компонентами, полученными со всего мира, преобразуют литий и электроны в энергию, достаточную для того, чтобы автомобиль мог снова и снова проехать сотни километров без выбросов из выхлопной трубы.Но когда срок службы батареи подходит к концу, ее зеленые преимущества исчезают. Если он попадает на свалку, его клетки могут выделять проблемные токсины, в том числе тяжелые металлы. А переработка батареи может быть опасным делом, предупреждает материаловед Дана Томпсон из Университета Лестера. Если разрезать ячейку Тесла слишком глубоко или в неправильном месте, она может вызвать короткое замыкание, возгорание и выделение токсичных паров.

Это лишь одна из многих проблем, с которыми сталкиваются исследователи, включая Томпсона, которые пытаются решить возникающую проблему: как утилизировать миллионы аккумуляторов для электромобилей (EV), которые производители планируют производить в течение следующих нескольких десятилетий.Современные аккумуляторы электромобилей «на самом деле не предназначены для вторичной переработки», — говорит Томпсон, научный сотрудник Института Фарадея, исследовательского центра, занимающегося проблемами аккумуляторов в Соединенном Королевстве.

Это не было большой проблемой, когда электромобили были редкостью. Но сейчас технологии набирают обороты. Несколько автопроизводителей заявили, что планируют отказаться от двигателей внутреннего сгорания в течение нескольких десятилетий, и отраслевые аналитики прогнозируют, что к 2030 году на дорогах появится не менее 145 миллионов электромобилей по сравнению с 11 миллионами в прошлом году.«Люди начинают понимать, что это проблема», — говорит Томпсон.

Правительства постепенно начинают требовать некоторого уровня переработки. В 2018 году Китай ввел новые правила, направленные на поощрение повторного использования компонентов аккумуляторных батарей электромобилей. Ожидается, что Европейский Союз завершит свои первые требования в этом году. В Соединенных Штатах федеральное правительство еще не выдвинуло требований по утилизации, но несколько штатов, в том числе Калифорния, крупнейший автомобильный рынок страны, изучают возможность установления своих собственных правил.

Соблюдение требований непросто. Батареи сильно различаются по химическому составу и конструкции, что затрудняет создание эффективных систем утилизации. Клетки часто скрепляются прочным клеем, что затрудняет их разборку. Это привело к возникновению экономических препятствий: производителям аккумуляторов зачастую дешевле покупать только что добытые металлы, чем использовать переработанные материалы.

Материаловед Дана Томпсон разрабатывает растворители для извлечения ценных металлов из отработанных автомобильных аккумуляторов.

Институт Фарадея

Исследователи отмечают, что более совершенные методы переработки не только предотвратят загрязнение, но и помогут правительствам повысить свою экономическую и национальную безопасность за счет увеличения поставок основных металлов для батарей, которые контролируются одной или несколькими странами. «С одной стороны, [утилизация аккумуляторов электромобилей] — это проблема утилизации отходов. А с другой стороны, это возможность для производства устойчивого вторичного потока критически важных материалов », — говорит Гэвин Харпер, исследователь из Бирмингемского университета, изучающий вопросы политики в области электромобилей.

Чтобы ускорить переработку отходов, правительства и промышленность вкладывают деньги в целый ряд исследовательских инициатив. Министерство энергетики США (DOE) вложило около 15 миллионов долларов в центр ReCell для координации исследований ученых из академических кругов, промышленности и государственных лабораторий. Соединенное Королевство поддержало проект ReLiB, объединяющий несколько организаций. По словам Линды Гейнс, которая занимается переработкой аккумуляторов в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, по мере роста индустрии электромобилей потребность в прогрессе становится насущной.«Чем раньше мы все заработаем, — говорит она, — тем лучше».

Аккумуляторы

EV сконструированы как матрешки. Обычно основной пакет содержит несколько модулей, каждый из которых состоит из множества ячеек меньшего размера (см. Рисунок ниже). Внутри каждой ячейки атомы лития перемещаются через электролит между графитовым анодом и катодным листом, состоящим из оксида металла. Батареи обычно определяются металлами в катоде. Существует три основных типа: никель-кобальт-алюминий, фосфат железа и никель-марганец-кобальт.

Сейчас переработчики в первую очередь нацелены на металлы в катоде, такие как кобальт и никель, которые стоят дорого. (Литий и графит слишком дешевы для переработки, чтобы быть экономичным.) Но из-за небольшого количества металлы подобны иголкам в стоге сена: их трудно найти и восстановить.

Новая жизнь для отработанных ячеек

Ученые работают над тем, чтобы аккумуляторы для электромобилей, которые продаются сегодня, можно было бы переработать в 2030 году и в последующий период, когда тысячи аккумуляторов будут выходить из строя каждый день.Батареи для электромобилей бывают разных конструкций, но, как правило, они имеют общие компоненты.

Корпус аккумулятораПризматическая ячейкаКонтроллер заряда аккумулятораЭлектрический жгутВыход аккумуляторной батареи EV-аккумуляторТяжелые батареи придают электромобилям низкий центр тяжести. Аккумуляторный блок EV Внутри блока электрические компоненты управляют зарядом и стабильностью десятков модулей. Конструкции различаются и включают прямоугольные призматические ячейки (внизу справа) и цилиндрические ячейки (внизу, слева).Корпус элемента Соединение между ячейками Выход модуля Корпус модуля 1 Катод Катод обычно содержит наиболее ценный перерабатываемый материал, состоящий из многих металлов. Цилиндрическая ячейка Прочный стальной корпус затрудняет открытие этих элементов. Часто прочный клей объединяет тысячи ячеек в блоки.2 АнодОтрицательные электроды состоят из компонентов на основе графита, углерода или кремния.3 Электролит и разделитель Литий проходит через разделительный лист, пропитанный электролитом.123 Компоненты ячейки В каждой ячейке находятся основные компоненты батареи.Они выделяют и накапливают электричество по мере того, как атомы лития перемещаются между электродами.123 Коллектор медного тока Алюминиевый коллектор тока

К. Бикель / Наука

Чтобы извлечь эти иглы, переработчики используют два метода, известных как пирометаллургия и гидрометаллургия. Более распространенной является пирометаллургия, при которой переработчики сначала механически измельчают элемент, а затем сжигают его, оставляя обугленную массу из пластика, металлов и клея.На этом этапе они могут использовать несколько методов для извлечения металлов, включая дальнейшее сжигание. «Pyromet, по сути, обращается с батареей как с рудой» прямо из шахты, — говорит Гейнс. Гидрометаллургия, напротив, включает погружение аккумуляторных материалов в лужи с кислотой, в результате чего получается насыщенный металлами суп. Иногда два метода сочетаются.

У каждого есть свои преимущества и недостатки. Пирометаллургия, например, не требует, чтобы переработчик знал конструкцию или состав батареи, или даже то, полностью ли она разряжена, чтобы двигаться вперед безопасно.Но это энергоемко. Гидрометаллургия может извлекать материалы, которые нелегко получить путем сжигания, но может включать химические вещества, представляющие опасность для здоровья. А извлечение желаемых элементов из химического супа может быть трудным, хотя исследователи экспериментируют с соединениями, которые обещают растворять определенные металлы батареи, но оставляют другие в твердой форме, что облегчает их восстановление. Например, Томпсон определил одного кандидата, смесь кислот и оснований, называемую глубоким эвтектическим растворителем, которая растворяет все, кроме никеля.

Исследования показали, что оба процесса производят большие объемы отходов и выбрасывают парниковые газы. И бизнес-модель может быть шаткой: большинство операций зависит от продажи рекуперированного кобальта, чтобы оставаться в бизнесе, но производители аккумуляторов пытаются отказаться от этого относительно дорогого металла. Если это произойдет, переработчики могут остаться пытаться продавать груды «грязи», — говорит материаловед Ребекка Сиз из Университета Пердью.

Круги вторсырья

Пирометаллургия превращает отработанные батареи в шлак, а гидрометаллургия растворяет их в кислотах.Оба нацелены на извлечение катодных материалов. Идеальным вариантом является прямая рециркуляция, при которой катод восстанавливается без повреждений. Но для того, чтобы переработка была жизнеспособной, она должна быть конкурентоспособной по стоимости с добытыми материалами.

Горнодобывающая промышленностьРефинированиеКатодопроизводствоПроизводство аккумуляторовИспользование аккумуляторовВторичное использованиеПрямая переработкаГидрометаллургияПирометаллургияВторичная переработка литий-ионных аккумуляторовЗаполнение земель

К. Бикель / Наука

Идеальным вариантом является прямая переработка, при которой катодная смесь останется нетронутой.Это привлекательно для производителей аккумуляторов, потому что переработанные катоды не потребуют тяжелой обработки, отмечает Гейнс (хотя производителям, возможно, все же придется оживить катоды, добавив небольшое количество лития). «Итак, если вы думаете об экономике замкнутого цикла, [прямая переработка] — это меньший круг, чем пиромет или гидромет».

При прямой переработке рабочие сначала собирают электролит пылесосом и измельчают аккумуляторные элементы. Затем они удаляли связующие с помощью тепла или растворителей и использовали технику флотации для разделения материалов анода и катода.В этом случае материал катода напоминает детскую присыпку.

До сих пор эксперименты по прямой переработке были сосредоточены только на отдельных элементах и ​​дали всего десятки граммов катодных порошков. Но исследователи из Национальной лаборатории возобновляемой энергии США построили экономические модели, показывающие, что этот метод, если его масштабировать при правильных условиях, может быть жизнеспособным в будущем.

Однако, чтобы реализовать прямую переработку, производители аккумуляторов, переработчики и исследователи должны решить множество проблем.Один из них — убедиться, что производители маркируют свои батареи, чтобы переработчики знали, с какими элементами они имеют дело, и имеют ли катодные металлы какую-либо ценность. Гейнс отмечает, что с учетом быстро меняющегося рынка аккумуляторов катоды, производимые сегодня, могут не найти будущего покупателя. Переработчики будут «восстанавливать динозавра. Этот продукт никому не нужен ».

Техник из Германии проверяет разрядку сгоревшей литий-ионной батареи перед дальнейшей переработкой.

Вольфганг Раттай / Reuters

Еще одна проблема — это эффективный взлом открытых аккумуляторных батарей электромобиля. Для демонтажа прямоугольного аккумуляторного отсека Nissan Leaf может потребоваться 2 часа. Ячейки Тесла уникальны не только своей цилиндрической формой, но и практически неразрушимым полиуретановым цементом, который удерживает их вместе.

Исследователи отмечают, что инженеры

могут создавать роботов, которые могут ускорить разборку батареи, но проблемы остаются даже после того, как вы попадете внутрь ячейки.Это связано с тем, что для удержания анодов, катодов и других компонентов на месте используется больше клея. Один растворитель, который переработчики используют для растворения катодных связующих, настолько токсичен, что Европейский Союз ввел ограничения на его использование, а Агентство по охране окружающей среды США определило в прошлом году, что он представляет «необоснованный риск» для рабочих.

«С точки зрения экономики вам нужно разобрать… [и] если вы хотите разобрать, то вам нужно избавиться от клея», — говорит Эндрю Эбботт, химик из Университета Лестера и консультант Томпсона.

Чтобы упростить процесс, Томпсон и другие исследователи призывают производителей электромобилей и аккумуляторов разрабатывать свои продукты с учетом вторичной переработки. Идеальная батарея, по словам Эбботта, была бы похожа на рождественский взломщик, праздничный подарок в Великобритании, который открывается, когда получатель тянет за каждый конец, показывая конфеты или сообщение. В качестве примера он приводит Blade Battery, литий-феррофосфатный аккумулятор, выпущенный в прошлом году китайским производителем электромобилей BYD. В его упаковке отсутствует компонент модуля, вместо этого плоские ячейки хранятся непосредственно внутри.Ячейки легко снимаются вручную, без использования проволоки и клея.

Blade Battery появилась после того, как в 2018 году в Китае начали возлагать на производителей электромобилей ответственность за утилизацию батарей. В настоящее время в стране перерабатывается больше литий-ионных батарей, чем во всем остальном мире вместе взятых, в основном с использованием пиро- и гидрометаллургических методов.

Страны, переходящие к аналогичной политике, сталкиваются с рядом острых вопросов. Во-первых, говорит Томпсон, кто должен нести основную ответственность за переработку.«Это моя ответственность, потому что я купил [электромобиль], или это ответственность производителя, потому что они его сделали, и они его продают?»

В Европейском Союзе один ответ может появиться позже в этом году, когда официальные лица опубликуют первое правило континента. Ожидается, что в следующем году группа экспертов, созданная штатом Калифорния, вынесет рекомендации, которые могут иметь большое влияние на любую политику США.

Между тем исследователи

Recycling говорят, что для эффективной утилизации аккумуляторов потребуется нечто большее, чем просто технологический прогресс.Высокая стоимость перевозки горючих предметов на большие расстояния или через границу может препятствовать переработке отходов.