<<
>>

Роль углеродных активаторов

Результаты анализа влияния УА (разделе 2.1.3) на характеристики за­рядно-разрядных процессов в СК АБ представлены в [156, 158, 160, 170] с дан­ными по роли:

ТУ П803 на величину номинальной емкости СК АБ - C20и на общую продолжительность разряда током 600 А при - 18°С и 400 А при - 30°С (раз­дел 3.3, рисунки 3.18);

ТУ П803 и ГУ CyPbrid 1 на изменение напряжения (U)СК АБ при цик­лировании (25±1°С и DoD = 17.5%) в течение: 1-го, 2-го и 3-го периодов ис­следования электрических характеристик (рисунок 3.19);

ТУ П803 и ГУ CyPbrid 1 на изменение напряжения (U) АБ в процессе циклирования при 40±1°С (рисунок 3.20);

ТУ П803, ГУ CyPbrid 1, графитов ГАК-2 и Timrex BNB90 на изменения при циклировании номинальной 20-часовой емкости (C20) и времени разряда до напряжения 6 В (⅛b)(рисунок 3.21).

Так, отмеченные в работе [156] особенности роста кристаллической структуры 3BS в ОЭМ при содержании углерода П803 от 0.2 до 0.8 % после его дозревания были подтверждены данными исследований электрических ха­рактеристик СК АБ. Номинальная емкость C20образцов СК АБ по результатам исследований (при токе разряда 3 А) линейно возрастала на 5 % при росте со­держания этого активатора Cот 0.2 до 0.8 %, достигая насыщения при 1.0 %

Рисунок 3.18 - Влияние количества активатора в виде ТУ П803 на вели­чину номинальной емкости СК АБ - C20 (а) и на общую продолжительность разряда током 600 А при - 18°С и 400 А при - 30°С (б)

Положительное влияние активатора в виде П803 при его содержании от 0.2 до 1.0 % было установлено и при разряде током холодной прокрутки - 1хп. Исследования проведены при - 18°С с 1хп= 600 А и - 30°С с 1хп= 400 А (в со­ответствии с методикой исследования - раздел 2.3).

В этих условиях при со­держании в интервале от 0.2 до 0.4 % (рисунок 3.18, б) отмечено увеличение продолжительности разряда на 4.5 и 13%, соответственно [156].

Оптимальное количество активатора в виде ТУ П803 (от 0.4 до 0.8%) может задаваться требуемыми режимами эксплуатации: для стартерного раз­ряда при отрицательных температурах - не менее 0.4%, для длительного раз­ряда при комнатной температуре - 0.8 %.

Результаты исследования СК АБ с использованием активаторов в виде ТУ различных марок (C40, CH85, CH200 «Омск Карбон Групп» OMCARB™) [158] показали, что C20и 1хп при тех же температурах не изменялись. Тем не менее, было установлено, что более высокоструктурная углеродная добавка (CH200) повышала способность приема заряда СК АБ, как это продемонстри­ровано данными в таблице 3.7.

Таблица 3.7 - Результаты исследования аккумуляторных батарей на прием

заряда (раздел 2.3)

Характеристика

СК АБ

Марка углерода
OMCARB™C40 OMCARB™ CH85 OMCARB™ CH200
Прием заряда, А 22 - 23 21 - 22 23 - 24

Результаты исследования электрических характеристик СК АБ с УА в виде ГУ («Timrex CyPbrid 1») в сравнении с ТУ П803 [170] при одинаковых значениях начальной емкости C20и 1хп при - 18°С свидетельствовали об их большей устойчивости к глубокому разряду и улучшению приема заряда, как это видно из таблицы 3.8. В присутствии ГУ в ОАМ потеря емкости после глубокого разряда составила всего 4.4%, в то время как при использовании ТУ

П803 - 7.2%. Повышалась в среднем на 9% величина приема заряда при ис­пользовании ГУ.

Наиболее значимое влияние природы углерода было выявлено при ис­следовании циклированием при различных температурах и степенях заряжен- ности СК АБ - SoC(раздел 1.5 - (1.23), (1.24)), согласно методикам EN 50342­6:2015, описанным в разделе 2.3 и [170].

Таблица 3.8 - Электрические характеристики исследуемых образцов СК АБ с

активаторами либо ТУ П803, либо и ГУ «Timrex CyPbrid 1»

Характеристика СК АБ Углеродный активатор
ТУ ГУ
Изменение емкости С20 после глубокого разряда, % - 7.2 - 4.4
Прием заряда, А 22 24

При температуре 25±1°С и степени разряженности DoD = 17.5% в образцах СК АБ, содержащих ТУ, уже на первом периоде наблюдалось более интенсив­ное падение напряжения (рисунок 3.18, а). После 85 циклов напряжение сни­зилось на 0.76 В (с 12.34 до 11.58 В). В то же время, СК АБ с добавкой ГУ при начальном напряжении 12.37 В за первый период теряли всего 0.49 В (рису­нок 3.19, б). Указанные падения напряжения соответствовали потерям C20в

7.8 и 5.6 А-ч для ТУ П803 и ГУ, соответственно. Как видно из рисунка 3.19 а, после выравнивающего заряда образцов СК АБ с ТУ П803 уже на втором пе­риоде циклирования достигалось предельно допустимое напряжение - ик= 10.0 В (раздел 1.4). После приведения в полностью заряженное состояние определено, что величина C20 данных образцов СК АБ в момент прекращения циклирования снизилась до 32 А-ч. Тогда как образцы с активатором в виде ГУ на втором периоде все еще сохраняли весьма высокое напряжение, даже после потери еще 12.2 А-ч за второй период. И только на третьем периоде, по­сле второго выравнивающего заряда, их напряжение также снизилось до 10.0 В, а остаточная емкость составила C20 = 21.2 А-ч (рисунок 3.19, б).

На рисунке 3.20 приведены аналогичные кинетические зависимости для СК АБ с ГУ и ТУ П803 в ОАМ при 40±1°С и DoD = 50%. Следует отметить большую устойчивость к циклированию для образцов с ГУ. Хорошо видно, что уже на начальных этапах исследования электрических характеристик для образцов с ТУ П803 наблюдалась более высокая скорость падения напряже­ния:

гдеизмеряемая в В, а n- количество циклов, соответствующего

падения напряжения ∆U.Так величина юср для СК АБ, содержащих ТУ П803, составляла 0.02÷0.03 В/цикл вплоть до 20-го цикла исследования электриче­ских характеристик, тогда как с ГУ ее значение на этом же этапе циклирова­ния - 0.01-0.02 В/цикл.

Рисунок 3.19 - Кинетические кривые изменения напряжения (U) СК АБ при циклировании (25±1°С и DoD = 17.5%) с ТУ П803 (а) и ГУ Timrex CyPbrid 1 (б) в ОАМ в течение: первого, второго и третьего периодов ис­следования электрических характеристик

После 20-го цикла в СК АБ, согласно сложившимся представлениям, начи­нают протекать необратимые изменения структуры активной массы о чем сви­детельствует увеличение расчетной величины юср. в присутствии ТУ П803 до 0.08÷0.10 В/цикл, тогда как с ГУ - 0.03÷0.04 В/цикл.

Рисунок 3.20 - Кинетические кривые изменения напряжения (U)АБ при циклировании при 40±1°С и DoD = 50% с ГУ и ТУ П803 в ОЭМ

Были проведены исследования электрических характеристик СК АБ [160], содержащих в качестве УА в ОЭМ 0.4 - 0.6%: графит аккумуляторный ГАК-2, расширенный графит Timrex BNB90, гибридный углерод Timrex CyPbrid 1 или ТУ П803. Установлено, что использованные графитовые акти­ваторы способствовали:

- повышению устойчивости батареи к глубокому разряду (потеря номи­нальной емкости составила 1 - 2%, тогда как с П803 она достигала 11-13%);

- при разряде в условиях отрицательных температур током холодной прокрутки увеличению общей продолжительности разряда до конечного напряжения 6 В более чем на 12% при - 18°С и более, чем на 6% при - 30°С по сравнению с ТУ П803.

Результаты комплексных исследований влияния размеров, характерных для указанных УА на номинальную 20-часовую емкость - C20и время разряда до напряжения 6 В током холодной прокрутки - ?р6В представлены на рисунке 3.21. Для исследования были выбраны широко используемые в производстве СК АБ углеродные активаторы ТУ П803, Timrex BNB90 и ГАК-2, как по от­дельности с оптимизированным содержанием 0.6% - для первого, 0.4 % - для второго и третьего типов УА, так и в смесевых составах 0.6 % П803 + 0.2 % ГАК-2 и 0.5 % П803 + 0.3 % ГАК-2, что делалось впервые. Во всех случаях в

процессе циклирования отмечалась естественная общая тенденция снижения C20и ґр6В. Однако при введении в ЭМ ГАК-2 и Timrex BNB90 на первом цикле исследования электрических характеристик наблюдался существенный рост C20по сравнению с П803 и вместе с тем негативное сокращение на треть ?р6В для ГАК-2 и почти неизменность для Timrex BNB90. До завершения исследо­ваний на 5-ом цикле СК АБ с ГАК-2 характеризовались снижением только до 80 %, тогда как с П803 и в смесевом составе 0.5 % П803 + 0.3 % ГАК-2 C20по­нижалась до 60 %. Наилучшая стабильность C20и ?р6В была получена для УА Timrex BNB90 (100 % и 80%). Сокращение ?р6В в присутствии 0.6 % П803 и 0.6 % П803 + 0.2 % ГАК-2 было меньше, чем для только ГАК-2 и смеси 0.5 %

П803 + 0.3 % ГАК-2. Фактически влияние УА типа ГАК-2 и П803 носило раз­ноплановый характер. Первый из них заметно улучшал C20, тогда как второй - ?р6В. Это подтверждало неоднозначность влияния наиболее используемых в СК АБ активаторов и указывало на необходимость их использования в комбини­рованном составе. Следует отметить, что наиболее стабильными эти характе­

ристики были при введении УА Timrex BNB90.

Рисунок 3.21 - Динамика изменения: а - номинальной 20-часовой емкости (C20) и б - времени разряда до напряжения 6 В током холодной прокрутки при -18°С (?р6В) при циклировании СК АБ с разными типами и содержанием УА

3.4

<< | >>
Источник: Харсеев Виктор Алексеевич. ВЛИЯНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Курск - 2019. 2019

Еще по теме Роль углеродных активаторов:

  1. Влияние углеродных активаторов на процессы структурирования в электродных материалах
  2. Углеродные структуры
  3. Графитовые активаторы
  4. Структурирование электродных материалов углеродными активато­рами
  5. Влияние активаторов на зарядно-разрядные процессы
  6. Роль углерода
  7. Структурирование и фазовые превращения в электродных материа­лах с активатором в виде Pb3O4
  8. Роль двойного электрического слоя
  9. Роль электроосмоса
  10. Роль изоморфизма сульфата бария в зародышеобразовании
  11. Роль наноразмерных структурных изменений
  12. Роль среды, провоцирующей КРН
  13. Висячие мосты и их роль в обнаружении внутреннего резонанса
  14. Выводы по главе
  15. ЗАКЛЮЧЕНИЕ