Зарядка аккумулятора от самого себя: Сколько нужно ездить для зарядки автомобильного аккумулятора

Нужно ли заряжать аккумулятор на новом автомобиле? / Хабр

Или новый, только с конвейера аккумулятор, не успевший запылиться на складе и, стало быть, саморазрядиться?

Привет, Хабр! Судя по показаниям экспресс-тестера Konnwei KW600, вроде бы и не нужно. Ток холодной прокрутки — ТХП — на 10% выше паспортного. Намётанный взгляд заметит на фото высокое НРЦ (напряжение разомкнутой цепи), но АКБ только что снята с автомобиля, где заряжалась генератором, потому 13.29 вольт вполне оправданы.

Сегодня в лаборатории автоэлектрики «Вектор» свинцово-кислотная аккумуляторная батарея (АКБ) LADA 6СТ-55VL, что расшифровывается как 6 банок = 12 вольт, стартерная, ёмкостью 55 А*ч при разряде по ГОСТ до 10.5 В током 20-часового разряда, с очень малым — VL — расходом воды, характерным для полностью кальциевой — Ca/Ca технологии. Производитель — завод АКОМ, город Жигулёвск. Масса не более 15. 1 кг.

С аккумуляторами АКОМ и Лада нам приходится работать особенно много. Отснято немало видеоматериалов, часть из них опубликована. Ещё больше опытных данных терпеливо ждут, когда будут оформлены в видео и статьи.

Спойлер для тех, кому недосуг читать тексты и смотреть видео

Аккумуляторы АКОМ и LADA хорошие, показывают в тестах и работе просто прекрасные результаты. Производятся с использованием технологий концерна Exide. Требуют периодического (раз в несколько месяцев) выравнивающего дозаряда с перенапряжением для перемешивания электролита и десульфатации, что гарантирует от замерзания электролита и преждевременной потери эксплуатационных характеристик.

❒ Очень многие автомобилисты при эксплуатации не учитывают особенностей современных АКБ, из-за чего на продукцию отечественных аккумуляторных заводов и «новомодный кальций» вообще много негативных отзывов: там из гибрида (Ca+, Ca/Sb) «выкипела» вода, тут кальциевый аккумулятор «погиб из-за глубокого разряда», потому что не заряжается от генератора автомобиля и зарядного устройства для сурьмянистых батарей недавнего прошлого, здесь замёрз электролит, и вообще, раньше 60 А*ч аккумулятор «весил как полагается, 25 килограмм, а теперь 16, производители мошенники свинца пожадничали, вот и недолговечный».

Вокруг свинцовых аккумуляторов и приборов для их обслуживания сложилось множество мифов, и продолжают появляться новые. Например, модно ругать китайские (ключевое слово!) экспресс-тестеры, отыскивая в них мнимые недостатки конструкции и пытаясь измерять ими то, для чего они не предназначены, без понимания составляющих вольтамперной характеристики во времени, (иначе говоря, отклика на зарядный и разрядный импульсы), реальной аккумуляторной батареи, на которую влияют многие факторы, в том числе, сепараторы и плотность упаковки пластин.

Неспроста в алгоритмы тестеров заложены разные типы АКБ: спиральная Планте, обычная Фора-Фолькмара, AGM, GEL, EFB… и даже коды модификаций АКБ внутри типов, например, по стандарту JIS.

Разработчики тестеров это понимают и учитывают, а некоторые обозреватели нет, им что конденсатор, что аккумулятор, что свинцовый, что литиевый, — «всё один закон Ома».

❒ Раз уж зашла речь о тестерах, проведём аналогию с медициной или ветеринарией. При первичном приёме врач руководствуется не только показаниями приборов, (термометра, сфигмоманометра), и результатами экспресс-анализов, но в первую очередь выслушивает анамнез — совокупность сведений, получаемых путём расспроса самого обследуемого и/или знающих его лиц.

И в аккумуляторном деле принимать решения на основании только экспресс-тестера или нагрузочной вилки, без учёта того, сколько АКБ хранилась, произведён ли ввод в эксплуатацию, каков характер поездок, будет столь же нелепым, как врачу ставить диагноз и назначать терапию по одному лишь термометру. Как нелепо и считать медицинский термометр или тестер АКБ неадекватной шарлатанской безделушкой на основании того, что кроме их показаний, для диагностики требуется немало других данных.

Виноват, в обилии мифов и негативного опыта эксплуатации аккумуляторов и устройств для их сервиса, недостаток специфических знаний, первоисточником которых является непосредственная работа с конкретными современными моделями АКБ. Ни свинцовые электроды в колбе с раствором кислоты, ни изготавливаемая в мастерской института по спецификации нескольких десятилетий давности, пусть даже из современных материалов, точная действующая копия батареи или одной банки, ни годы опыта с большими тяговыми сборками из панцирных элементов не заменят непосредственной работы с реальными АКБ, продаваемыми в розничных магазинах и устанавливаемыми под капот реальных авто. Как выяснилось, (и подтвердило рабочие гипотезы), даже батареи одного завода, одной недели выпуска, в одинаковых корпусах, содержащих пластины из одной партии, но разное их число на банку, могут вести себя в дозаряде по-разному, потому что геометрия влияет на распределение носителей заряда в пространстве и динамику их перемещения.

Сделать важнейшие базовые знания, необходимые для адекватной эксплуатации современных АКБ, доступными широкому кругу автолюбителей, — миссия нашей лаборатории. Мы хотим, чтобы аккумуляторы служили долго и эффективно, а производители получали достойные отзывы о своей продукции.

Итак, с аккумулятора ещё даже не успели вытереть пыль. Полчаса назад он приехал под капотом нового автомобиля Лада Гранта, пробег которого за месяц эксплуатации составил 3000 км. Штамп даты производства на корпусе АКБ расшифровывается как 8-й месяц 19-го года, за 3 месяца до съёмки видео. Прежде всего, батарею необходимо отмыть и отогреть: процесс заряда лучше всего идёт при комнатной температуре 20 градусов Цельсия.

Взглянем на показания тестера, которые уже засветились в шапке статьи. Состояние здоровья 100%, TХП по EN 467 из 425 А, внутреннее сопротивление 6.16 мОм, НРЦ 13.29 В. При заряде от генератора автомобиля, аккумулятор испытывает поляризацию, которая выражается в повышенном НРЦ и рассасывается по прошествии некоторого времени. Также снять поляризацию можно разрядной нагрузкой.

Температура АКБ 14.6 градусов. На улице +2. Оставим отогреваться.

Прошло более семи с половиной часов. Температура аккумулятора 21.6.

Результаты повторного теста: 100%, EN 483 (было 467) из 425 А, 5.98 (было 6.16) мОм, 13.16 (было 13.29) В. НРЦ несколько снизилось, но для 8 часов отстоя высоковато, что кажется странным.

Плотность электролита по банкам колеблется от 1.29 до 1.295, в минусовой чуть ниже. Согласно фирменной инструкции АКОМ, АКБ, с нормальным уровнем электролита и плотностью не ниже 1.28, считается заряженной.

Внешний вид пластин прекрасный, налёта сульфатов не наблюдается. Уровень нормальный, 15 мм над верхом пластин.

❒ Для тёплого климата Воронежской области по желанию можно сделать корректировку плотности до 1.27-1.28.

Перед корректировкой плотности электролита обязательно произвести полный заряд. Также на необходимость полного выравнивающего заряда указывает разбаланс плотности по банкам и повышенное НРЦ (ЭДС без нагрузки).

Заряжать будем Кулоном-912, наблюдая за процессом лично. Предзаряд не активируем, так как АКБ при таком НРЦ в нём не нуждается, и дозаряд пока тоже. Максимальное напряжение 14.7 В, начало снижения тока при напряжении 14.1, максимальный ток 5.5 А.

Минимальный ток установим по нижнему порогу для данного ЗУ, 50 миллиампер. Ограничение времени на максимум — 48 часов. Будем контролировать минимальный ток в течение 6 часов.

❒ Стартуем. Не прошло и минуты, как напряжение уже 14.32 В, ток снизился до 1.24 А и продолжает снижаться.

Ток при 14.7 В составляет 100 мА уже 6 часов. Основной заряд можно прекращать, и переходить к выравнивающему дозаряду.

Для дозаряда Кулоном-912 можно воспользоваться и режимом «Основной заряд», но установить следующие параметры: максимальное напряжение 16.5 В, начало снижения тока при 16.4 В, максимальный ток 1. 1 А. Это 2% от паспортной ёмкости АКБ. Настройки минимального тока 50 мА и времени 48 часов оставляем как были, не забывая о том, что дозаряд в таком режиме должен обязательно контролировать человек.

При запуске режима Кулон постепенно повышает ток.

При 16.1 вольтах идёт умеренное выделение газов, образующихся при электролизе воды. Вопреки мифу о страшном кипячении, банки не извергают фонтанов брызг и клубящихся облаков сероводорода, аккумулятор не разогревается как чайник. Вокруг заливных отверстий немного капель электролита.

Осторожно GIF 7597.95 Кбайт

Сурьмянистые АКБ при 14.4 В «кипят» интенсивнее. Если отмотать видео назад, видно, что капли не выброшены пузырьками газов, а стекли с пробок, когда те были вынуты из горловин, и с пипетки при отборе проб электролита.

На протяжении около часа напряжение стабилизировалось на уровне 16. 1. Если оно не изменится в следующий час, выдержим ещё 2 часа и отключаем заряд.

❒ После окончания заряда, «неожиданно» получили плотность… 1.30! Перепроверяем соседние банки, тот же результат! Выравнивающий дозаряд привёл к равной плотности электролита во всех банках. Как выяснилось, именно такова плотность заливаемого электролита на заводе АКОМ.

После коррекции плотности электролита для его перемешивания установим 16.5 В, ток 2% ёмкости = 1.1 А, и заряжаем 20 минут.

Плотность после перемешивания «кипячением» и грушей ареометра 1.275. Это адекватная концентрация кислоты для климата Воронежской области.

Снижать или нет плотность электролита для тёплого времени года или тёплого климата в современных аккумуляторах, не существует единственно верного мнения.

Гибридные и некоторые Ca/Ca, (например, Тюмень Премиум), не проявляют значительной склонности к стойкому расслоению электролита, заряжаются относительно быстро и легко, при этом воды расходуют при эксплуатации сравнительно много. Для таких АКБ корректировку плотности в сторону снижения стоит рекомендовать.

Другие современные АКБ, в число которых входит продукция АКОМ, при эксплуатации расходуют меньше воды, для выравнивающего заряда требуют более высоких напряжений и больше времени, склонны к расслоению электролита. В них концентрацию кислоты для тёплых климатических условий можно не снижать, но полный заряд не реже раза в несколько месяцев необходим в любом случае.

Выводы

Q: Какой можно сделать вывод на базе текущих опытных данных?

Полный восстановительный заряд выровнял плотность электролита во всех шести банках, и она составила заводские 1.30 против 1.29 в начале опыта. Это значит, что перед зарядом некоторая часть кислоты находилась в расслоении и в намазках — в виде сульфатов. Аккумулятор был заряжен не полностью. И если бы мы не приняли меры в виде выравнивающего заряда, недозаряд, сульфатация и расслоение электролита постепенно прогрессировали бы, отнимая активные массы от полезной ёмкости, а площадь их поверхности от токоотдачи.

❒ Определим реальную ёмкость аккумулятора по ГОСТ. Настроим ток разряда 5% ёмкости = 2.75 А, завершение по касанию 10.5 В под нагрузкой.

С момента начала разряда прошло более 20 с половиной часов. АКБ уже отдала ёмкость 56.77 А*ч — выше паспортной, а напряжение под нагрузкой ещё 11.63 В. Контрольно-тренировочный разряд продолжается.

Разряд завершён, АКБ отдала 61.8 А*ч. Это более чем на 12% выше её паспортной ёмкости.

Плотность электролита в разряженной АКБ 1.1. Разбаланс мы устранили перед разрядом, потому плотность по банкам теперь одинаковая и в разряженном состоянии.

Плотность после заряда 1.28, в третьей от плюса 1.285. Откуда в банках взялась кислота, поднявшая плотность на лишние 5 тысячных грамма на кубический сантиметр и даже больше? — Из недоформованных активных масс, полная формовка которых происходит при первых контрольно-тренировочных циклах — КТЦ. Сейчас мы провели как раз такой цикл, являющийся ключевым мероприятием правильного ввода в эксплуатацию свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Который, в свою очередь, служит важным условием предотвращения преждевременной потери её эксплуатационных характеристик.

Ток холодной прокрутки не изменился, внутреннее сопротивление чуть снизилось — с 5.98 до 5.96. НРЦ 13.34. Отстаивать АКБ нет времени, её нужно возвращать под капот.

Протёрли корпус, закрутили пробки. Проверим АКБ нагрузочной вилкой 200 ампер.

Просадка до 10.6 В — прекрасный результат. На седьмой секунде поднимается до 10.7. Конвейерная АКБ Лада производства АКОМ нас сегодня порадовала.

Фактическая масса АКБ 13.7 кг.

Сравним полученные данные с АКБ Тюмень Премиум 6СТ-64L.

По превышению фактических параметров над паспортными и удельной ёмкостью на единицу массы Лада АКОМ лидирует, однако по удельным ТХП и внутренней проводимости, (величина, обратная сопротивлению, измеряется в сименсах), проигрывает. Причина в количестве пластин и соответственно рабочей площади активных масс, обеспечивающих токоотдачу. Также мы выяснили, что перед контрольно-тренировочным разрядом аккумулятор был недоформован. Следующий КТЦ должен был показать дальнейшее повышение характеристик.

Другая оригинальная АКБ Лада АКОМ, 6СТ-62VL, мало отличается удельной ёмкостью, зато имеет более чем на четверть выше удельный ТХП, и почти на треть более высокую удельную проводимость. Потому что в каждой банке АКБ максимальной ёмкости для определённого типоразмера корпуса в одной и той же линейке продукции максимальное число пластин.

Маленький совет: чтобы в отверстия вокруг пробок не попадала грязь, пробки можно заклеить сверху полоской скотча. Это не нарушит вентиляции банок, так как для отвода образующихся в процессе эксплуатации аккумулятора газов в крышке имеется лабиринт, открывающийся с торцов газоотводным отверстием или штуцером для шланга.

Статья написана в сотрудничестве с автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором VECTOR

Автомобильный генератор и LiFePO4 аккумулятор

Перед установкой литиевого аккумулятора, владельцы катеров и автомобилей часто спрашивают зачем ограничивать ток генератора во время зарядки аккумулятора. Ведь чем больше ток, тем быстрее заряжается аккумуляторная батарея. А это именно то, что требуется на транспортном средстве.

Ответить на этот вопрос поможет тест автомобильного генератора Бош с номинальной силой тока 90 А. Нагрузкой для генератора послужат проверочный стенд и LiFePO4 аккумулятор емкостью 100 Ач.

Зачем ограничивать ток

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы можно заряжать быстро. Без ущерба для себя аккумуляторы этого типа потребляют ток равный емкости почти до самого окончания зарядки. Поэтому генератор способный давать 100 Ампер, зарядит аккумулятор емкостью 100 Ач всего один час.

Однако в генераторе, в отличии от зарядного устройства, нельзя выставить ограничение тока. Поэтому если 100 Ампер для него – это номинальное значение, то даже в прохладном помещении генератор быстро нагреется до 120-150 градусов. Под капотом же автомобиля или в двигательном отсеке катера температура достигает 100 градусов, тепло там отводится хуже, поэтому генератор разогреется еще сильнее

Генератор охлаждается воздухом, который прогоняет через него насаженная на ротор крыльчатка. Чем медленнее вращается ротор, тем слабее воздушный поток через корпус и тем хуже охлаждение. Генератор нагревается сильнее, если он вырабатывает максимальный ток на низких оборотах

Не все генераторы одинаковы. Марка также имеет значение. В равных условиях устройство признанного бренда и модель неизвестного производителя поведут себя по-разному. Первая без проблем проработает при высокой нагрузке, вторая не выдержат перегрев и выйдет из строя

DC-DC зарядные устройства ограничивают силу тока в цепи до 30 или 60 Ампер

• Sterling Power BB1260

  Входное напряжение 11-20 Вольт

• 12->12 Вольт &nbsp&nbsp&nbsp

  Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-20 Вольт

• Максимальный ток 60 А &nbsp&nbsp&nbsp

  Есть режим 50% мощности

• Быстрая зарядка постоянным током

• Режимы для GEL(2), AGM(2), LiFePO4, кальциевых и жидко-кислотных аккумуляторов &nbsp&nbsp&nbsp

  9 режимов зарядки. Возможность создать собственный зарядный профиль

• Вес 1,4 кг. Размеры 190 x 160 x 70

  Класс защиты IP21

• Sterling Power BB1230

• 12->12 Вольт

• Максимальный ток 30 А

• Быстрая зарядка постоянным током &nbsp&nbsp&nbsp

  Четырехступенчатый зарядный профиль. Постоянный ток, постоянное напряжение, кондиционирование и поддерживающая зарядка

• Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов

• Вес 1,2 кг. Размеры 190 x 160 x 50

• Sterling Power BBW1212

• 12->12 Вольт &nbsp&nbsp&nbsp

  Номинальное входное напряжение 12 Вольт. Выходное — 12 Вольт

• Максимальный ток 28 А &nbsp&nbsp&nbsp

  Максимальный входной ток. Может снижаться при нагреве устройства

• Водонепроницаемое DC-DC зарядное устройство

• Заряжает аккумуляторы во время движения от двигателя

• Вес 4 кг. Размеры 230 х 130 х 50

Таким образом на состояние генератора во время работы влияет несколько различных факторов – отношение номинального и потребляемого тока, обороты двигателя и марка устройства. Учесть все в реальных условиях сложно, поэтому не нужно рассчитывать на то, что 3-4 часа непрерывной работы генератора на полной мощности не причинят ему никакого вреда. Совсем не обязательно сгорит обмотка статора. Могут выйти из строя диоды выпрямителя или расплавится пайка, соединяющая диоды с обмотками. Чтобы этого не произошло необходимо ограничить нагрузку генератора. Проще всего это сделать с помощью DC-DC зарядного устройства. При токе 70-80% от номинального значения генератор без проблем проработает в течении целого дня.

Проверка генератора

Первый тест проверяет изменение температуры генератора при максимальной нагрузке. Через три минуты после начала работы генератор дает ток 99,6 Ампер. Температура обмоток 150 градусов, но внешняя поверхность корпуса нагрелась гораздо меньше.

На пятой минуте работы температура внутри корпуса генератора поднялась до 165 градусов, а ток снизился до 97 Ампер. Снаружи корпуса температура 97 градусов

При снижении оборотов двигателя тепло исходящее от генератора увеличивается, ток постепенно падает и опускается до 92 Ампер. На низких оборотах крыльчатка на валу генератора вращается не так быстро, тепло отводится хуже и генератор постепенно перегревается. За короткий промежуток времени температура внутри корпуса вырастает со 160 до 184 градусов.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор подключен к тестовой установке, заряжен примерно на 70%, и потребляет 12 Ампер. Остальная электрическая мощность, вырабатываемая генератором, рассеивается на нагрузке.

После отключения нагрузки литиевый аккумулятор остается единственным потребителем генератора. Однако ничего не меняется.  Генератор по-прежнему работает на полной мощности вырабатывает 91 ампер и весь ток потребляет LiFePO4 аккумулятор. Теперь становится понятно, почему во время зарядки литий-железо-фосфатного аккумулятора генератор может сгореть.

На максимальной мощности генератор работает благодаря одному заряженному на 70% литий-железо-фосфатному аккумулятору емкостью 100 Ач. Если бы аккумулятор был полностью разряжен, то генератору пришлось бы работать один час, а на зарядку батареи, состоящей из 4 параллельно соединенных аккумуляторов, ушло бы четыре часа. Но ни один генератор не выдержит четыре часа непрерывной работы в горячем двигательном отсеке на полной мощности. Он выйдет из строя

Температура внутри корпуса генератора достигла 199 градусов и продолжает расти несмотря на то, что в комнате, где проводятся испытания всего 18 градусов. Чтобы представить как нагреется генератор под капотом автомобиля или в двигательном отсеке катера к наблюдаемой сейчас температуре нужно прибавить 100 градусов

Если генератор работает на низких оборотах, то время зарядки LiFePO4 аккумулятора его температура вырастает до 200 градусов. Под капотом автомобиля или в двигательном отсеке катера она может достичь 300 градусов

Напряжение аккумулятора выросло и поскольку регулятор генератора установлен на 14 вольт, ток постепенно снижается до 77 Ампер. Если бы целевое напряжение регулятора было 14,4 В генератор отдавал бы 100 А до полной зарядки аккумулятора.

Ток снижается после того как заряженность аккумулятора достигает 72%. Если бы емкость аккумуляторной батареи была 200 Ач, то и в этом состоянии она продолжала бы потреблять 90 А

Результаты испытаний

Тест подтвердил несколько важных закономерностей:

• Литиевая батарея заставляет генератор долго работать на полной мощности
• Работающий на полной мощности генератор при низких оборотах двигателя быстро перегревается
• Если воздух в двигательном отсеке нагрет до 100 градусов, то температура генератора приблизится к 300 градусам. Свинец плавится при 200, а олово при 350 градусах, поэтому в этих условиях генератор может быстро выйти из строя
• Проверке подвергался генератор Бош. Устройства менее известных марок могут не пройти подобные испытания, и тем более не выдержат регулярную работу под высокой нагрузкой

Ток зарядки литий-железо-фосфатного аккумулятора необходимо контролировать. Это предохранит генератор от повреждения и позволит ему успешно работать с аккумуляторными батареями любой емкости

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

Самозаряжающаяся батарея вырабатывает электричество из влаги в воздухе

Согласно некоторым исследователям, половина солнечной энергии, которая омывает Землю теплом, идет на единый процесс: испарение воды, которая покрывает около 71 процента нашего хрупкого голубого мрамора. Австралийская компания Strategic Elements хочет вернуть эту энергию и работает с Университетом Нового Южного Уэльса и CSIRO над разработкой гибкой технологии самозарядных аккумуляторов, которая собирает электрическую энергию из влаги в воздухе для прямого питания устройств без необходимости подключения к сети. их в.

Акции компании подскочили более чем на 40 процентов на австралийской фондовой бирже сегодня после того, как она объявила о том, что она называет «ступенчатым изменением» в этой технологии самозарядки, увеличив способность электрического заряда с диапазона миллиампер-часов до ампер. часы. В Strategic Elements называют эту технологию «Energy Ink» и говорят, что она не воспламеняется, создана из безопасных, экологически чистых и устойчивых материалов и что ее можно печатать на гибком пластике.

Один из ближайших рынков, на который он нацелен: носимые устройства для фитнеса с батарейным питанием. Вы наверняка заметили, что человеческое тело производит много влаги в течение дня, особенно когда вы тренируетесь. Компания заявляет, что эта технология, основанная на влажности, уже дает более чем достаточную мощность для работы «большинства существующих устройств на большом рынке электронных кожных пластырей стоимостью 10 миллиардов долларов США», и что она ожидает, что к третьему кварталу этого года будет запущен и запущен демонстрационный образец технологии, чтобы доказать он может выполнять свою работу, питая устройства, которые никогда не нужно ставить на зарядное устройство, кроме вашей собственной потной кожи.

Влага, попадающая на одну сторону клетки, вызывает миграцию протонов H+ на сухую сторону, создавая разделение зарядов

Университет Нового Южного Уэльса

Как это работает? Что ж, Strategic Elements не слишком подробно рассказывает на своем веб-сайте, кроме того, что говорит, что использует оксид графена и разрабатывается совместно с UNSW и CSIRO. Включив наш Google-Fu, нам удалось откопать недавнее исследование гибких, пригодных для печати влагоэлектрических генераторов (MEG) на основе оксида графена, автором которого является команда, в основном из школы материаловедения и инженерии UNSW, и старший научный сотрудник в CSIRO, опубликованный в прошлом месяце в рецензируемом журнале Нано Энергия . Одним из авторов является доктор Дьюэй Чу, которого компания упоминает как руководителя группы, с которой она работает. Так что, хотя это не обязательно именно та технология, над коммерциализацией которой работает Strategic Elements, весьма вероятно, что она связана.

Прототипы МЭГ в этом исследовании уже доказали свою способность надежно питать калькуляторы и небольшие датчики. Согласно исследованию, пара электродов — в данном случае серебряная паста и стекло FTO — прикреплены к гидрофильному «функциональному слою» оксида графена. Протоны в функциональных группах этого слоя иммобилизуются, когда он сухой. Когда между двумя сторонами устройства существует значительный градиент влажности, одна сторона начинает поглощать молекулы воды из воздуха, ионизируя их в процессе, и это начинает вызывать диссоциацию функциональных групп, таких как СООН (карбоновая кислота), высвобождая положительно -заряженные ионы водорода, или гидроны.

На влажной стороне функционального слоя концентрация гидронов выше, чем на сухой, поэтому гидроны мигрируют к сухой стороне, создавая разделение зарядов и генерируя напряжение на электродах. Если удалить влагу с влажной стороны, гидроны мигрируют обратно в этом направлении и рекомбинируют с функциональными группами. Весь процесс запускается наличием градиента влажности и обращается вспять его отсутствием.

Все, что нужно этим влагоэлектрическим генераторам (МЭГ), — это градиент влажности, чтобы начать производить электричество.0002 Университет Нового Южного Уэльса

Путем обработки оксида графена соляной кислотой этой команде удалось получить максимум 0,85 В и 92,8 мкА на квадратный сантиметр поверхности, что считается «одним из самых высоких значений, о которых сообщалось до сих пор» для МЭГ. Сборка этих блоков последовательно или параллельно увеличила их мощность без каких-либо потерь, что позволило команде питать небольшие устройства. Чтобы доказать ее гибкость, исследователи изготовили батарею из куска углеродной ткани, затем согнули ее от 0 до 120 градусов в течение одной секунды и повторили этот процесс 2000 раз. В конце процесса MEG все еще генерировал 93 процента от максимального напряжения, с которым оно началось.

Итак, да, хотя мы не знаем, насколько это исследование близко к продукту Energy Ink, кажется, что обещания компании находятся в пределах возможного, и в зависимости от того, насколько хорошо это устройство взаимодействует с человеческой кожей и соленым потом, в ближайшие годы может начать появляться ряд носимой электроники «Powered by Moisture». В Strategic Elements говорят, что размер ее аккумуляторной батареи с ампер-часами составляет около 36 квадратных см (~ 6 квадратных дюймов). Компания попытается изготовить тестовый образец площадью 100 кв. см (15,5 кв. дюймов) в течение пары месяцев, и в нем говорится, что у UNSW есть принтер, способный печатать массив размером до 3 кв. м (32,3 кв. фута).

Ячейки для лабораторных испытаний, используемые для питания карманного калькулятора

Университет Нового Южного Уэльса

«Не так давно многие говорили, что невозможно производить какую-либо пригодную для использования энергию из влаги», — сказал неназванный представитель компании в официальном выпуске ASX. «Для нас теперь реально нацелиться на производство электроэнергии в диапазоне ампер-часов исключительно из влажности воздуха — это огромное достижение. Наша технология не использует редкие материалы и не несет рисков для безопасности, и, кроме того, может обеспечить гибкость для электроника

«Существует очевидный целевой рынок электронных пластырей для кожи в ближайшей перспективе, но мы также рады тому, что явно находимся на ранней стадии тестирования фундаментальных верхних пределов этой технологии. Нынешний успех является свидетельством прочных отношений, сложившихся между Компания, профессор Дьюэй Чу и его команда из Университета Нового Южного Уэльса, разработали за годы совместной разработки электронных чернил».

Действительно увлекательная штука!

Источник: Strategic Elements

Новый аккумулятор может самостоятельно заряжаться без потери энергии

Исследователи используют ферроэлектрический стеклянный электролит в гальваническом элементе для создания простых самозаряжающихся батарей. Аккумулятор нового типа сочетает в себе отрицательную емкость и отрицательное сопротивление в одном элементе, что позволяет элементу самозаряжаться без потери энергии, что имеет важное значение для длительного хранения и повышения выходной мощности батарей.

Эти батареи можно использовать для связи на очень низких частотах и ​​в таких устройствах, как мигающие огни, электронные звуковые сигналы, управляемые напряжением генераторы, инверторы, импульсные источники питания, цифровые преобразователи и генераторы функций, а также в технологиях, связанных с современными компьютерами.

В Applied Physics Reviews от AIP Publishing Хелена Брага и ее коллеги из Университета Порту в Португалии и Техасского университета в Остине сообщают о создании своей очень простой батареи с двумя разными металлами в качестве электродов и литием или натрием. стеклянный электролит между ними.

Бистабильный энергетический ландшафт для ферроэлектрического электролита из литиевого стекла, находящегося в контакте с алюминий-отрицательным электродом, и процесс самоциклирования в электрохимическом элементе из алюминия/литиевого стекла/меди. а) Изменение потенциальной энергии с нанесенным литием, приводящее к отрицательной емкости/самозаряду и отрицательному сопротивлению/самоциклированию. б) Процессы самозарядки и самоциклирования при выравнивании диполей в сегнетоэлектролите из-за электрической необходимости выравнивания уровней Ферми. Кредит: Брага и др.

«Стеклянный электролит, который мы разработали, был богат литием, и поэтому я подумал, что мы можем создать батарею, в которой электролит будет питать оба электрода ионами лития при зарядке и разрядке без необходимости в металлическом литии», — сказал Брага.

Эта работа важна, потому что она объединяет теорию всех твердотельных устройств, таких как батареи, конденсаторы, фотогальваника и транзисторы, где различные материалы в электрическом контакте проявляют свойства комбинированного материала, а не отдельных материалов. .

«Когда один из материалов является изолятором или диэлектриком, таким как электролит, он локально меняет свой состав, образуя конденсаторы, которые могут накапливать энергию и выравнивать уровни Ферми внутри устройства», — сказал Брага.

В батарее разность потенциалов разомкнутой цепи между электродами возникает из-за электрической необходимости выравнивания уровней Ферми, меры энергии наименее прочно удерживаемых электронов в твердом теле, которая также отвечает за полярность электродов. . Химические реакции происходят позже и питаются этой электрической потенциальной энергией, хранящейся в конденсаторах.

«Наши электрохимические элементы, которые в принципе проще, чем батареи, полностью основаны на самоорганизации, которая является сущностью жизни», — сказал Брага.