Badania użytkowe - zgodne z normą PN-EN 50342-1:2016-01

4.4.3. Badania użytkowe - zgodne z normą PN-EN 50342-1:2016-01

W celu określenia wpływu cieczy jonowej na parametry użytkowe testowanych akumulatorów kwasowo – ołowiowych wykonano badania zgodne z normą PN-EN 50342-1:2016-01: „Akumulatory ołowiowe rozruchowe Część 1: Wymagania ogólne i metody badań”.

Zgodnie z metodyką, początkowo wykonano badania zdolności rozruchowej. Wyniki testów zestawiono w tabelach 15 - 20.

Tabela 15. Wyniki badania zdolności rozruchowej akumulatorów referencyjnych serii W.

Zgodnie z normą PN-EN 50342-1:2016-01.

Tabela 16. Wyniki badania zdolności rozruchowej akumulatorów zawierających dodatek cieczy jonowej w masie aktywnej elektrody dodatniej serii W. Zgodnie

Tabela 17. Wyniki badania zdolności rozruchowej akumulatorów referencyjnych serii C.

Zgodnie z normą PN-EN 50342-1:2016-01.

Tabela 18. Wyniki badania zdolności rozruchowej akumulatorów zawierających dodatek cieczy jonowej w masie aktywnej elektrody dodatniej serii C. Zgodnie

Tabela 19. Wyniki badania zdolności rozruchowej akumulatorów referencyjnych serii I.

Zgodnie z normą PN-EN 50342-1:2016-01.

Tabela 20. Wyniki badania zdolności rozruchowej akumulatorów zawierających dodatek cieczy jonowej w masie aktywnej elektrody dodatniej serii I. Zgodnie

W przypadku akumulatorów poddanych formacji wannowej, aż trzy akumulatory referencyjne nie spełniły normy, jeżeli chodzi o zdolność rozruchową (wymagane jest napięcie po dziesięciu sekundach większe niż 7,5 V). Dla akumulatorów serii C również trzy akumulatory referencyjne nie spełniły stawianym im wymaganiom. Bez względu na zastosowaną metodę formacji, akumulatory zawierające ciecz jonową w masie aktywnej elektrody dodatniej spełniły stawiane im wymagania. Na uwagę zasługuje fakt, że wraz z kolejnym badaniem C/20 przed badaniem zdolności rozruchowej dla akumulatorów modyfikowanych pojemność ich rosła w stosunku do poprzedniego badania. Potwierdza

to ponownie, że pomimo faktu posiadania znacznie lepszych parametrów eksploatacyjnych od akumulatorów referencyjnych, masa aktywna zawierająca dodatek cieczy jonowej podczas procesu formacji nie przereagowała całkowicie. Dopiero kolejne cykle wyładowania, a następnie ładowania spowodowały pełniejsze przereagowanie masy aktywnej, a co za tym dalsze poprawienie parametru pojemności.

Kolejnym badaniem było sprawdzenie zachowania się akumulatorów na wyładowania dużym prądem w niskiej temperaturze. Wyniki zostały zestawione w tabeli 21. Wszystkie testowane urządzenia spełniły wymagania stawiane im przez normę. Nie zauważono wpływu dodatku cieczy jonowej do masy aktywnej elektrody dodatniej na ten parametr. Wszystkie akumulatory, bez względu na metodę formacji oraz zawartość cieczy jonowej wykazują podobne napięcie po trzydziestu sekundach wyładowania dużym prądem.

Tabela 21. Wyniki badania wyładowania dużym prądem dla testowanych akumulatorów kwasowo – ołowiowych. Zgodnie z normą PN-EN 50342-1:2016-01.

Zbadano zachowanie ładunku akumulatorów referencyjnych oraz zawierających ciecz jonową HC16SO4 w masie aktywnej elektrody dodatniej. Wyniki zestawiono w tabeli 22.

Wszystkie badane układy spełniły wymagania normy. Natężenie końcowe ładowania dla akumulatorów kwasowo – ołowiowych modyfikowanych cieczą jonową jest znacznie niższe niż dla akumulatorów referencyjnych otrzymanych przy pomocy tych samych metod formacji.

Również niższa jest dostarczona wartość ładunku dla akumulatorów modyfikowanych.

Uzyskane parametry sugerują, że akumulatory, które zawierały elektrody dodatnie zawierające w masie aktywnej elektrody dodatniej dodatek cieczy jonowej, podczas ładowania nie potrzebowały dostarczenia tak dużej ilości ładunku, co akumulatory referencyjne.

Tym samym zwiększeniu uległa wydajność procesu ładowania. Źródło takiego zachowania związane jest ze zmniejszoną opornoścą masy aktywnej. Ciecz jonowa, która zmniejszyła opór wewnętrzny akumulatorów nie tylko pozwoliła na zwiększenie wydajności procesu wyładowania, co zaobserwowano zwiększeniem się pojemności badanych układów, ale również wpłynęła na wydajność procesu ładowania.

Tabela 22. Wyniki badania zachowania ładunku dla testowanych akumulatorów kwasowo – ołowiowych. Zgodnie z normą PN-EN 50342-1:2016-01.

W początkowych badaniach właściwości elektrochemicznych cieczy jonowych wykazano, że dodatek HC16SO4 wpływa na zwiększenie nadpotencjałów reakcji wydzielania wodoru i tlenu na elektrodach ołowianych. W celu określono czy dodatek tej samej cieczy jonowej do masy aktywnej elektrody dodatniej wpłynie na zmniejszenie się ubytku elektrolitu podczas procesu ładowania wykonano pomiar zmiany masy akumulatorów po dwudziestu jeden dniach ładowania w podwyższonej temperaturze. Otrzymane wyniki zostały przedstawione na rysunku 87.

Rys. 87. Ubytek masy badanych akumulatorów kwasowo ołowiowych. Zgodnie z normą PN-EN 50342-1:2016-01.

Wszystkie badane akumulatory spełniły wymagania normy. Badania wykazały mniejszą utratę masy w przypadku akumulatorów kwasowo – ołowiowych zawierających ciecz jonową w masie aktywnej elektrody dodatniej. Zaobserwowano tym samym zmniejszenie się zjawiska rozkładu elektrolitu. Badania wykazały, że dodatek cieczy jonowej, który spowodował zwiększenie nadpotencjałów reakcji wydzielania wodoru i tlenu, na układach modelowych, w pierwszym etapie badań znalazł swoje odzwierciedlenie w wynikach otrzymanych dla rzeczywistych układów.

Różnice w ubytku masy pomiędzy akumulatorami otrzymanymi różnymi metodami formacji są znaczne. Największe różnice pomiędzy akumulatorami referencyjnymi a akumulatorami zawierającymi ciecz jonową zostały zaobserwowane dla serii otrzymanej przy pomocy formacji impulsowej - Couloform. Zmniejszenie się masy odnotowano dla serii otrzymanej z użyciem formacji Inbatec oraz serii po formacji wannowej, które było zbliżone.

Ostatnim przeprowadzonym badaniem, było określenie wpływu dodatku cieczy jonowej HC16SO4 do masy aktywnej elektrody dodatniej na procesy korozyjne zachodzące w badanych akumulatorach. Podobnie jak w przypadku badań utraty masy, spodziewano się zwiększenia odporności korozyjnej po dodaniu HC16SO4, analogicznie jak to miało miejsce w przypadku badań korozji przeprowadzonych na elektrodach ze stopu ołów – cyna – wapń. Zgodnie z normą wykonano pomiary korozji akumulatorów kwasowo – ołowiowych referencyjnych oraz zawierających ciecz jonową w masie aktywnej elektrody dodatniej. Wyniki przeprowadzonego badania zebrano w tabeli 23.

*1 wymaganie na Uk30sek<7,2V, koniec badań

*2 po 6 sek, U=3,77V, koniec badań

*3 po ostygnięciu OCP 7,64V, koniec badania

Pełne cztery cykle, które są wymagane przez normę PN-EN 50342-1:2016-01 zostały osiągnięte tylko przez jeden akumulator – zawierający ciecz jonową po formacji wannowej, osiągając wciąż bardzo dobry rezultat napięcia po trzydziestu sekundach rozruchu. Akumulator referencyjny po formacji wannowej wytrzymał badanie do czwartego cyklu, lecz nie spełnił wymagania, co do napięcia. Akumulator modyfikowany cieczą jonową po formacji metodą Couloform w przeciwieństwie do jego niemodyfikowanego odpowiednika wykazał się lepszą odpornością na korozję, lecz nie spełnił kryterium, co do napięcia rozruchu w czwartym cyklu badania korozyjnego. Najgorszymi parametrami odznaczały się akumulatory kwasowo –

ołowiowe otrzymane przy pomocy formacji metodą Inbatec. Akumulator serii I zawierający dodatek cieczy jonowej w masie aktywnej elektrody dodatniej nie spełnił wymagania dotyczącego napięcia już w trzecim cyklu badania korozyjnego.

Przeprowadzone badania korozyjne wskazują pozytywny wpływ cieczy jonowej, jednak w dużym stopniu wpływ ma stosowana metoda formacji. Metoda Inbatec, w której elektrolit jest stale wymieniany w celi w trakcie procesu formacji akumulatora prawdopodobnie przyczynia się to do częściowego wymycia związku HC16SO4 z elektrod dodatnich. Powoduje to zmniejszenie się stężenia cieczy jonowej w gotowym produkcie. Mniejsze stężenie tego związku nie chroni przed korozją z zadowalającą skutecznością, jaką udało się zaobserwować przeprowadzając badania elektrochemiczne cieczy jonowych w pierwszym etapie badań.

Podczas formacji przeprowadzanej metodą Couloform oraz metodą wannową w mniejszym stopniu zachodzi wymiana masy pomiędzy elektrodą a elektrolitem, co powoduje zachowanie większej ilości związku aktywnego w masie elektrody dodatniej. Widoczne jest, że akumulatory zawierające ciecz jonową otrzymane tymi metodami formacji wykazują wyższą odporność na korozję w stosunku do prób referencyjnych. Potwierdza to wyższą aktywność HC16SO4 w przypadku zastosowania metod formacji niepowodujących wymywania aktywnego związku z masy elektrody. Różnica widoczna pomiędzy aktywnością cieczy jonowej w przypadku akumulatorów otrzymanych metodą Couloform a metodą wannową bierze się ze sposobu, w jaki dostarczany jest ładunek elektryczny. W akumulatorach serii C prąd dostarczany jest w sposób impulsowy. Zmienne natężenie prądu w czasie również może powodować intensyfikację procesu korozji, która następnie w trakcie użytkowania akumulatora jest trudna do zatrzymania.