обнаружила большую емкость аккумуляторов на водной основе
Профессор химической инженерии доктор Джоди Луткенхаус и доцент кафедры химии доктор Дэниел Табор обнаружили значительную емкость аккумуляторов на водной основе. | Изображение: Texas A&M Engineering
Исследователи из Техасского университета A&M обнаружили 1000-процентную разницу в емкости аккумуляторных электродов, не содержащих металлов, на водной основе.
Эти батареи отличаются от литий-ионных батарей, содержащих кобальт. Цель группы по исследованию безметалловых аккумуляторов связана с улучшением контроля над внутренней цепочкой поставок, поскольку кобальт и литий передаются на аутсорсинг. Эта более безопасная химия также предотвратит возгорание батарей.
Профессор химического машиностроения д-р Джоди Луткенхаус и доцент кафедры химии д-р Дэниел Табор опубликовали свои выводы о батареях, не содержащих лития, в журнале Nature Materials 9.0012 .
«Больше не будет возгораний батарей, потому что они на водной основе», — сказал Луткенхаус. «В будущем, если прогнозируется нехватка материалов, цена на литий-ионные батареи будет расти. Если у нас есть эта альтернативная батарея, мы можем обратиться к этой химии, где поставки намного более стабильны, потому что мы можем производить их здесь, в Соединенных Штатах, и материалы для их изготовления находятся здесь».
Lutkenhaus сказал, что водные батареи состоят из катода, электролита и анода. Катоды и аноды представляют собой полимеры, способные накапливать энергию, а электролит представляет собой воду, смешанную с органическими солями. Электролит является ключом к ионной проводимости и хранению энергии благодаря его взаимодействию с электродом.
«Если электрод слишком сильно набухает во время циклирования, он не может хорошо проводить электроны, и вы теряете все характеристики», — сказала она. «Я считаю, что существует 1000-процентная разница в емкости накопления энергии в зависимости от выбора электролита из-за эффекта набухания».
Согласно их статье, окислительно-восстановительные, несопряженные радикальные полимеры (электроды) являются многообещающими кандидатами для безметалловых водных батарей из-за высокого напряжения разряда полимеров и быстрой кинетики окислительно-восстановительного потенциала. Реакция сложная и трудноразрешимая из-за одновременного переноса электронов, ионов и молекул воды.
«Мы демонстрируем природу окислительно-восстановительной реакции, исследуя водные электролиты разного хао-/космотропного характера с помощью электрохимических микровесов на кристалле кварца с мониторингом диссипации в различных временных масштабах», — говорится в статье исследователей.
Исследовательская группа Табора дополнила экспериментальные работы компьютерным моделированием и анализом. Моделирование дало представление о микроскопической молекулярной картине структуры и динамики.
«Теория и эксперимент часто работают вместе, чтобы понять эти материалы. Одна из новых вещей, которые мы делаем с помощью вычислений в этой статье, заключается в том, что мы фактически заряжаем электрод до нескольких состояний заряда и смотрим, как окружающая среда реагирует на эту зарядку», — сказал Табор.
Исследователи макроскопически наблюдали, работает ли катод батареи лучше в присутствии определенных видов солей, точно измеряя, сколько воды и соли поступает в батарею во время ее работы.
«Мы хотели бы расширить наши симуляции на будущие системы. Нам нужно было подтвердить нашу теорию о том, какие силы вызывают такой впрыск воды и растворителя», — сказал Табор. лучшее представление на молекулярном уровне о том, что заставляет одни аккумуляторные электроды работать лучше, чем другие, и это дает нам убедительные доказательства того, куда двигаться дальше в разработке материалов».
Проект финансируется Министерством энергетики США и Национальным научным фондом через Техасскую инженерную экспериментальную станцию A&M.
Могут ли литиевые батареи промокнуть?
Всем известно, что вода и электричество несовместимы. Но это не означает, что каждый контакт между водой и вашими батареями закончится катастрофой. Вам не о чем беспокоиться, если вы используете первоклассные литиевые батареи.
Итак, давайте подробнее рассмотрим, что вам нужно знать, чтобы ответить на главный вопрос — могут ли литиевые батареи промокнуть?
Литиевые батареи по сравнению со свинцово-кислотными батареями
Прежде чем мы приступим к изучению литиевых батарей и воды, мы должны понять некоторые важные различия в технологии, которую они используют для хранения и высвобождения энергии.
Свинцово-кислотные батареи работают с двумя свинцовыми пластинами, положительно заряженным анодом и отрицательно заряженным катодом, погруженными в раствор электролита (обычно серную кислоту). Когда вы получаете питание от полностью заряженной батареи, отрицательно заряженные ионы сульфата перемещаются на ее отрицательную свинцовую пластину. Эта пластина отдает свой электрон и производит электричество.
Свинцово-кислотные аккумуляторы в автодоме Во время зарядки процесс идет в обратном направлении, когда ионы сульфата восстанавливают свой отрицательный заряд и возвращаются в раствор электролита.
Этот раствор электролита должен поддерживать правильный баланс воды и кислоты. Это означает, что владельцы многих основных свинцово-кислотных аккумуляторов должны регулярно открывать свои аккумуляторы и доливать в них дистиллированную воду. К сожалению, такая негерметичная конструкция ограничивает возможности установки батареи, поскольку эти батареи требуют адекватной вентиляции.
В некотором смысле литиевые батареи работают по одному и тому же принципу — катод, анод и раствор электролита. Когда вы получаете энергию от литиевых батарей, ионы лития перемещаются через раствор электролита к катоду, отдавая свой электрон для производства электричества. Как и в случае со свинцово-кислотным аккумулятором, при зарядке происходит обратный процесс.
Однако, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литиевые изготавливаются полностью герметичными. Это означает, что раствор электролита остается идеально сбалансированным на протяжении всего срока службы батареи, не требуя технического обслуживания или регулярных проверок.
Такая герметичная конструкция предотвращает выпадение каких-либо компонентов батареи — или, в нашем случае, попадание чего-либо извне. Это не только защищает их, но и делает литиевые батареи более безопасными, чем свинцово-кислотные.
Могут ли литиевые батареи промокнуть?
Короткий ответ иногда и будет зависеть от дизайна и качества производителя. Наши батареи Battle Born полностью герметичны, и намокание не проблема. Однако их не следует погружать в воду, так как это может привести к короткому замыканию клемм и чрезмерному давлению на корпус.
Как уже отмечалось выше, литий-ионные аккумуляторы представляют собой герметичные элементы, что означает некоторую встроенную защиту от воды.
Это не относится к негерметичным свинцово-кислотным аккумуляторам, куда вода проникает гораздо легче.
Однако количество и продолжительность воздействия воды также имеют значение. Большинство литиевых батарей выдерживают небольшой дождь или случайный всплеск. Но хотя они в некоторой степени водонепроницаемы, погружение любой батареи в воду может привести к ее повреждению. Вода, проникшая в литиевые батареи, может снизить производительность или даже привести к неработоспособности батареи в течение длительного времени.
Поэтому, несмотря на то, что вы должны принять меры для защиты литиевых батарей от избыточного количества воды, они не должны подвергаться воздействию влаги.
Дождь или брызги не являются проблемой для наших аккумуляторов, однако не позволяйте им полностью погружаться в водуЧто происходит, когда литиевые аккумуляторы намокают?
В зависимости от количества и продолжительности воздействия воды ответ обычно (и желательно) ничего! И снова герметичная конструкция защищает от случайного воздействия воды, защищая важные части батареи от повреждений.
Однако длительное воздействие может привести к повреждению, особенно таких чувствительных частей, как клеммы. Более серьезные проблемы могут возникнуть, если вода попадет на сами компоненты батареи, вызывая потенциально опасные химические реакции.
Если аккумулятор погружен в воду, ток может протекать в воде между клеммами. Это также разрядит аккумулятор и может привести к его повреждению. Хотя наша BMS может защитить от кратковременного погружения, все же возможно, что произойдет повреждение.
Если ваш аккумулятор подвергнется воздействию соленой воды, он может подвергнуться коррозии.Не вся вода одинаково воздействует на батареи. Аккумуляторы, подвергшиеся воздействию соленой воды, будут больше повреждены и ухудшены в работе, чем аккумуляторы, подвергшиеся воздействию такого же количества пресной воды.
Все дело в растворенной в воде соли, которая не только разъедает детали аккумуляторов и кабели, но и обладает большей электропроводностью, чем пресная вода.
Прикосновение к клеммам аккумулятора или некоторым другим частям аккумулятора может разрядить заряд, даже если вы этого не заметите.
Могут ли литиевые батареи взорваться под водой?
При непосредственном контакте с водой литий в литиевых батареях, к сожалению, может вступить в бурную и потенциально опасную химическую реакцию. Они объединяются, образуя горючий водород и гидроксид лития, которых владельцам аккумуляторов следует избегать.
Для этого необходимо полностью разобрать аккумулятор и разрезать элементы. Это, конечно, полностью уничтожит вашу батарею, прежде чем она намокнет. Если вы уроните правильно запечатанную литиевую батарею в воду, она не должна взорваться.
Можете ли вы перезарядить литиевые батареи?
Вообще говоря, если на вашей батарее есть брызги или она заряжается влажно, это не должно быть проблемой. Однако, если он находится в воде или погружен в воду, никогда не заряжайте его.
Если вы считаете, что вода повредила вашу литиевую батарею, не пытайтесь перезарядить ее.
Вместо этого безопасно избавьтесь от него.
Можно ли оставлять литиевые батареи снаружи?
Это одна из тех критических проблем, когда существует большая разница между «можно» и «должно». Еще раз, все сводится к герметичной конструкции литиевых батарей и общей выносливости.
Поскольку внутренние компоненты не подвергаются воздействию внешнего мира, им не угрожает опасность, если они находятся снаружи. Компоненты литиевой батареи также хорошо работают при очень высоких или низких температурах, а это означает, что нормальная погода, вероятно, не повредит их. Таким образом, вы должны быть в порядке, если вы оставите свои батареи снаружи в течение короткого периода времени.
Однако по возможности не следует оставлять их на открытом воздухе в течение длительного времени. В конце концов, большинство людей вкладывают значительные средства в свои аккумуляторы и хотят, чтобы они прослужили как можно дольше.
Защита аккумулятора от дождя, ветра, воды и экстремальных температур поможет продлить срок службы аккумулятора, сэкономив деньги и избавив от хлопот в долгосрочной перспективе.
Какие меры предосторожности следует предпринять, чтобы мои литиевые батареи не намокли?
Хотя вам не следует зацикливаться на небольшом количестве воды, есть некоторые основные меры предосторожности, которые вы можете предпринять, чтобы сохранить вещи сухими и свести к минимуму проблему.
По возможности устанавливайте аккумулятор в защищенном от воды месте, например, в закрытой части лодки, если таковая имеется. В противном случае вы можете построить водонепроницаемые аккумуляторные ящики или отсеки, чтобы обеспечить защиту от любого воздействия воды, кроме самого экстремального.
Кроме того, это может показаться простым, но отказ от использования лодки или других транспортных средств во время дождя или других осадков может иметь большое значение для сохранения заряда батарей.
Как сделать аккумуляторы водонепроницаемыми
Те, кто хочет сделать еще один шаг в обеспечении дополнительной защиты своих аккумуляторов, также могут сделать их водонепроницаемыми.
В дополнение к безопасным батарейным отсекам типа «сухой ящик», вы можете плотно обернуть батареи или покрыть их водонепроницаемыми материалами. Они могут обеспечить дополнительный уровень защиты, пока клеммы и другие важные части батареи остаются открытыми и пригодными для использования.
Совет профессионала: Подледные рыбаки строят аккумуляторные ящики, чтобы аккумуляторы оставались теплыми и сухими.
Насколько безопасны литиевые батареи на лодке?
В нормальных условиях и при элементарном уходе литиевые морские батареи чрезвычайно безопасны для использования на воде. На самом деле, это лучший вариант для тех, кому нужны морские аккумуляторы с большим объемом памяти, быстрой зарядкой и возможностью работы практически в любых условиях. По сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами у вас больше возможностей для их установки. У вас также меньше риска неприятностей из-за бурного моря.
Кроме того, как мы уже говорили, у них меньший риск повреждения или проблем, связанных с водой.
Хотя многие слышали страшные истории о возгорании литиевых батарей, обычно это происходит только с другими химическими веществами литиевых батарей. Наша литий-железо-фосфатная конструкция является одной из самых стабильных и безопасных форм литий-ионной химии.
Не паникуйте, если ваши литиевые батареи промокнут
Могут ли литиевые батареи намокнуть? Ответ — да! Тем не менее, хотя это не самое лучшее для них, если ваши литиевые батареи иногда немного намокают, это не конец света. Благодаря своей герметичной конструкции они могут выдерживать небольшое количество воды, прежде чем получат какие-либо серьезные или длительные повреждения.
Тем не менее, не погружайте литиевые батареи в воду. Кроме того, высушите их как можно скорее, когда они намокнут. В конце концов, литий остается лучшим выбором для морского использования, и его способность справляться с водой является примечательной частью этого.
Хотите узнать больше об электрических системах и литиевых батареях?
Мы знаем, что строительство или модернизация электрической системы может быть сложной задачей, поэтому мы здесь, чтобы помочь.