Приготовление электролита для аккумуляторных батарей

Что нужно знать об электролите для аккумуляторов

Мощные аккумуляторные батареи, используемые на транспорте и в промышленности, в качестве электрохимического реагента используют кислотные или щелочные растворы. Как правило, залитая в АКБ жидкость рассчитана на весь срок эксплуатации источника питании. Но зачастую со временем электролит деградирует (теряет свои свойства) – из-за загрязнения или в результате замерзания при отрицательных температурах. Помутневший раствор меняют, но необязательно покупать готовую жидкость – её можно приготовить в домашних условиях. Эта не слишком сложная операция позволит вам сэкономить часть денежных средств.

Заливка электролита в аккумулятор

Состав электролита для аккумуляторов

В наиболее распространённых свинцово-кислотных батареях в качестве электролита используется водный раствор серной кислоты, достаточно концентрированный.

В щелочных батареях основным активным веществом является антипод кислоты – щёлочь, в состав электролита для щелочных аккумуляторов входят едкий калий и та же дистиллированная вода.

Поскольку преобладающими в автопроме являются кислотные аккумуляторы, рассмотрим состав электролита этого типа более подробно.

Серная кислота представляет собой прозрачную жидкость маслянистой концентрации, которая гораздо тяжелее воды. Она хорошо в ней растворяется и не имеет характерного запаха. Процесс смешивания серной кислоты с водой сопровождается выделением тепловой энергии, поэтому рекомендуется выполнять эту операцию с особой тщательностью и аккуратностью.

Допускается использование кислоты согласно двум госстандартам – ГОСТ 0142б2-78 и ГОСТ 0667-83. Они практически равноценны и предписывают использование моногидрата H2SO4 в концентрации до 94%, с совокупным содержанием примесей на уровне не более 0.0367%, включая 0.0001% марганца и столько же мышьяка, 0.013% железа, 0.0005% хлора. Плотность кислоты –1.83 г/см3.

Второй компонент – дистиллированная, то есть подвергшаяся глубокой очистке вода Использование речной, водопроводной, а тем более технической воды не допускается. Согласно ГОСТу 06709-72, возможно использование воды, полученной их конденсата паротурбинных силовых установок, при этом такая жидкость должна в обязательном порядке подвергаться лабораторным анализам на предмет контроля уровня добавок – того же железа (не более 0.0004%) и меди (максимум 0.005%).

Рецепт приготовления электролита

Разобравшись, из чего состоит электролит кислотного аккумулятора, стоит упомянуть, как готовят дистиллированную воду в промышленных условиях, в аптеках, лабораториях. Для этих целей применяют приборы под названием электрические дистилляторы.

Существуют модели менее производительные (до 5 литров/час) и способные готовить до 10 литров жидкости. Промышленные дистилляторы оперируют сотнями литров/час.

В лабораториях дистиллят также подвергается анализу с целью контроля уровня сухих веществ, кальция, сульфатов, аммиака, хлоридов, солей аммония, тяжёлых металлов.

Проще всего приобретать дистиллированную воду в аптеках – полуторалитровая ёмкость обойдётся вам в 10–25 рублей.

Серная кислота в аккумуляторе

По сути то, что залито в аккумулятор — это разбавленная серная кислота. В основе работы любого свинцово-кислотного аккумулятора лежит химический процесс, высвобождающий электрический заряд. Молекулы серной кислоты расщепляют посредством электролитической диссоциации свинцовые электроды, создавая положительно и отрицательно заряженные ионы.

Собираясь на положительных и отрицательных электродах батареи, ионы создают на клеммах АКБ необходимый заряд. Со временем часть молекул связывается без возможности возобновить свою работу в банках, что снижает плотность электролита. Поэтому так важно следить за концентрацией аккумуляторной кислоты.

ионы в электролите

Процесс носит название электролитической диссоциации. При нём ионы с положительным зарядом(катионы) — устремляются к плюсовому электроду. К отрицательному электроду направляются анионы — отрицательно заряженные ионы.

Окислителем выступает диоксид свинца, который в результате взаимодействия с молекулами кислоты восстанавливается, отдавая отрицательный заряд на электроды. Растворы серной кислоты слабо проводят электрический ток, однако хорошо справляется с ионным обменом.

При разрядке АКБ положительные ионы свинца устремляются через электролит с губчатого свинца – восстановителя. Здесь происходит превращение в двухвалентный свинец из четырехвалентного, таким образом, оставляя заряд 2 электронов с каждого иона.

На аноде — PbO2 + SO42− + 4H+ + 2e− -> PbSO4 + 2H2O — окисление свинца.

На катоде — Pb + SO42− − 2e− ->PbSO4

Во время зарядки идут обратные реакции — свинец движется в сторону пластин.

реакция в АКБ

Оба электрода покрываются слоем сульфата, который образовывается из отрицательных кислотных остатков и положительных двухвалентных ионов свинца. Это называется сульфатацией, которая для пластин аккумулятора весьма опасна и грозит быстрым износом. Выделяемые газы в процессе восстановительно-окислительных реакций считаются побочным эффектом, однако они могут серьёзно повлиять на работоспособность всей батареи.

Какой должна быть плотность электролита

В традиционных свинцово-кислотных АКБ используют электролит, смешанный в такой пропорции, чтобы его плотность составляла от 1.18 до 1.24 г/см3. Поскольку плотность воды около 1, а серной кислоты – 1.83 г/см3, проще всего готовить раствор поэтапно, особенно если отсутствует ареометр. Сначала жидкости смешивают в одинаковой пропорции, получая раствор ёмкостью около 1.4 г/см3, на втором этапе его уже разводят до нужной консистенции при температуре порядка 20 градусов выше нуля.

Использовать металлические ёмкости для приготовления электролита нельзя (за исключением свинцовых), желательно, чтобы это была фаянсовая, эбонитовая или пластиковая посуда, пластик нужен тоже специальный. Категорически воспрещено использовать стеклянную тару – во время нагрева она может лопнуть.

Измеряют такие свойства электролита аккумуляторов, как плотность, с помощью ареометров, предварительно откалиброванных на значения 1.10–1,45 г/см3 при цене деления шкалы не более 0.005 г/см3. Основная проблема заключается в том, что при изменении температуры меняется и плотность.

А поскольку процедура разбавления воды серной кислотой сопровождается выделением большого количества тепла, для измерения плотности приходится учитывать эти температурные колебания. Для этого используются термометры с ценой деления в один градус, рассчитанные на диапазон 0–50 градусов. К этим измерительным приборам предъявляются такие же требования, как и к ареометрам – они не должны содержать металлических или деревянных частей.

В домашних условиях учитывать температурный фактор гораздо проще, дождавшись, пока после очередного этапа смешивания электролит не остынет до 20º С.

Впрочем, математические выкладки предельно просты: с увеличением температуры на 1 градус плотность жидкости увеличивается на 0.0007 г/см3. То есть, если электролит нагрелся до 30º С, его плотность выросла на 0.007 г/см3.

Напротив, понижение температуры на те же 10 градусов приведёт к уменьшению плотности на такую же величину.

Заливать готовый электролит в аккумулятор допустимо, если температура жидкости не превышает 25º С.

Инструкция по замене

Замена электролита производится в следующих случаях:

  • Электролит в банках изменил цвет, стал мутным. Причиной тому может быть использование не дистиллированной воды для добавки, а обычно. Она может содержать примеси, вступающие в химическую реакцию с электролитом и образовывая твердые соединения, выпадающие в осадок
  • После зарядки аккумулятора невозможно добиться нужной плотности
  • Электролит вытек по неосторожности
  • Новый аккумулятор быстро разряжается. Причиной тому может быть замерзание раствора

Замена электролита, независимо от того, является он щелочным или кислотным, производится в несколько шагов:

  • Демонтаж аккумулятора из транспортного средства
  • Очистка АКБ от загрязнений
  • Выкачивание имеющейся жидкости с помощью груши или шприца
  • Промывка банок дистиллированной водой
  • Заливка электролита с помощью груши или аналогичных приспособлений

Уровень заливки определяется метками внутри банок. Если они отсутствуют, нужно руководствоваться правилом – электролит должен быть на уровне выше пластин на 5-7 миллиметров. При этом от его уровня до крышек банок должно оставаться не менее двух сантиметров.

Очень важно при сливе электролита не наклонять его в сторону и тем более не переворачивать. На дне сосудов могут оказаться твердые частицы, которые застрянут в пластинах, полностью выведя их из строя. Допускается легкое покачивание воды из стороны в сторону при промывании, такие же действия можно производить после заливки электролита в аккумулятор.

Рекомендуем: Предпусковой подогреватель двигателя: установка своими руками

После этого АКБ устанавливается на зарядку, после чего следует проверить получившуюся плотность. Замеры должны производиться не арене, чем через пару часов после снятия устройства с зарядки, так как существует риск получить завышенные показания. Если плотность недостаточно высокая или, напротив, имеет излишние значения, ее следует отрегулировать добавлением кислоты, щелочи или дистиллированной воды.

Техника безопасности

Поскольку при работе с электролитом мы имеем дело с агрессивными жидкостями, щелочами и кислотами, соблюдение соответствующих мер безопасности является обязательным. Поэтому перед началом приготовления электролита для аккумуляторной батареи следует запастись следующими средствами ИЗ:

  • латексными перчатками;
  • защитными очками;
  • одеждой, которую не жалко, а также фартуком из материала, устойчивого к воздействию кислот и щелочей;
  • средствами для нейтрализации агрессивных жидкостей при их попадании на открытую кожу (борный раствор, нашатырный спирт, содовый раствор).

Необходимое оборудование

А теперь перечислим, что нам потребуется для домашнего приготовления электролита:

  • тара, устойчивая к воздействию кислоты;
  • палочка из стекла для перемешивания жидкости;
  • необходимый объём дистиллированной воды;
  • аккумуляторная серная кислота, или щёлочь в жидком или сухом виде;
  • ареометр и термометр, соответствующие указанным выше требованиям.

Как самостоятельно приготовить электролит для аккумулятора

Если средства индивидуальной безопасности, измерительные приборы и материалы приготовлены, можно приступать к смешиванию компонентов. Готовую жидкость рекомендуется сразу залить в АКБ, в крайнем случае – отнести в гараж. Разумеется, первый вариант предпочтительнее, поскольку хранение батареи без электролита приводит к деградации и разрушению активной массы электродов.

Рассмотрим, как приготовить электролит для кислотно-свинцовых аккумуляторов

Помещение, в котором вы будете работать, должно быть вентилируемым, температура не должна превышать 25° С. Аккумуляторы, используемые в легковом транспорте – это 55–60-амперные батареи, в которые помещается до 3.7 литра электролита (при желании эту цифру можно уточнить на сайте производителя). Чтобы перестраховаться, изготавливаем жидкости на 300–400 мл больше требуемого. До начала приготовления раствора необходимо определиться с его плотностью. Выше мы указали допустимый диапазон, а конкретное значение зависит от климата региона, в котором вы проживаете. Если это юг, то значение должно быть близким к минимальному порогу, с продвижением на север начальная плотность должна расти.

Таблица плотности электролита АКБ

Так, для Крайнего Севера, где зимой возможны 50-градусные морозы, плотность должна соответствовать значению 1.27 г/см3, причём после заливки и зарядки батареи она поднимется до 1.29 г/см3. В средних широтах делаем электролит плотностью 1.28 г/см3.

Как и плотность, пропорции состава электролита для аккумуляторов будут зависеть от региона. Так, для юга, чтобы получить плотность 1.24 г/см3, нам потребуется на 1 литр дистиллированной воды 330 мл серной кислоты.

Алгоритм приготовления раствора для свинцовых аккумуляторов в домашних условиях:

  • наливаем в подготовленную ёмкость необходимое количество дистиллированной воды;
  • тонкой струёй начинаем добавлять кислоту, одновременно помешивая жидкость стеклянной палочкой;
  • после окончания процесса производим замер плотности и оставляем раствор на 12 часов для окончательного перемешивания компонентов. Измеряем плотность повторно, если имеется расхождение с расчётной величиной, добавляем соответствующий компонент;
  • готовый электролит заливаем в банки АКБ, которую предварительно желательно промыть. Снова замеряем плотность и при необходимости производим корректировку, доливая воду или кислоту.

Окончательный замер производится на полностью заряженном аккумуляторе.

Процесс приготовления электролита на щелочной основе

Щелочной электролит может продаваться в виде готового раствора или в гранулах. Последние засыпаются в дистиллированную воду, и жидкость стеклянной палочкой размешивается до полного растворения щёлочи. В какой пропорции брать компоненты, обычно указывается на этикетке аккумулятора, наклеенной на его боковой грани.

Замена электролита в АКБ

Ситуация с плотностью щелочного электролита аналогична кислотному: чем ниже температура эксплуатации автомобиля, тем выше должна быть долевая часть более тяжёлой щёлочи. Так, при температуре до 20 градусов ниже нуля практикуется использование раствора плотностью 1.21 г/см3.. При его приготовлении необходимо добавить 20 г гранул на литр щёлочи.

Если предполагается использование АКБ при температурах до -40 градусов, плотность электролита нужно повысить до 1.28 г/см3.

Приведём распространённые рецепты приготовления щелочного электролита:

  • для плотности в пределах 1.17–1.19 г/см3 необходимо взять на одну часть щёлочи четыре части дистиллированной воды;
  • плотность 1.19–1.21 г/см3 достигается при пропорциях 1 часть щелочи к двум частям воды;
  • плотность 1.27 г/см3, которая позволяет получить жидкость, не застывающую при очень низких температурах, достигается при смешивании воды и щёлочи в одинаковых пропорциях.

Чтобы правильно приготовить щелочной электролит, после смешивания его необходимо выдержать в течение 6–8 часов для полноценного перемешивания в закрытой крышкой ёмкости. Контакт с атмосферным воздухом нежелателен – он оказывает деградирующее воздействие на электролит. Незначительная часть щёлочи обычно не растворяется, выпадая в осадок. В аккумулятор следует заливать только прозрачную жидкость, без примесей, которые становятся причиной замыкания пластин и увеличения тока саморазряда.

Физические свойства сернокислотного электролита

Есть еще один физический фактор, который необходимо учитывать, особенно когда приготавливаются большие объемы раствора серной кислоты и дистиллированной воды. Это то обстоятельство, что при смешивании равных объемов серной кислоты и воды, после охлаждении такого раствора его объем будет меньше, чем сумма первоначальных объёмов. Что бы учесть этот фактор нужно обратится к четвертой таблице, в которой указаны величины уменьшения объёмов для растворов серной кислоты различной плотности.

Таблица 4 Сокращение объема раствора

Вязкость

Вязкость это свойство электролита, наиболее существенно влияющее на работоспособность свинцового аккумулятора. Электрохимические процессы, протекающие при работе аккумулятора, носят диффузионный характер. Скорость диффузии, в основном, зависит от вязкости электролита. Именно скоростью диффузии определяется поступление электролита к поверхности и в поры электродов при разряде, особенно при установке жестких (минутных, часовых) режимов разряда.

Чем вязкость выше, тем диффузия медленнее. При понижении температуры на 25С вязкость электролита возрастает в 2 раза, а при температуре в -50С она возрастает почти в 30 раз по сравнению с вязкостью при нормальной температуре. С увеличением вязкости падает ёмкость. Именно поэтому ра6отоспособность свинцовых аккумуляторов при низких температурах ухудшается. Это обстоятельство необходимо учитывать при установке герметичных аккумуляторов с гелевым (загущённым) электролитом.

Удельное сопротивление электролита

Сопротивление электролита, занимающего объем, ограниченный длиной 1 см и сечением в 1 см3, рассчитывается по формуле:

=rS/L

где r – удельное сопротивление Ом см;

L- длина, см.

S — поперечное сечение см2.

Сопротивление изменяется с изменением концентрации и температуры электролита.

Чтобы иметь минимальное внутреннее сопротивление АКБ, желательно применять электролит с наименьшим удельным сопротивлением.

Величины удельных сопротивлений приведены в таблице 5.

Таблица 5. Удельные сопротивления электролита

Удельное сопротивление электролита возрастает при снижении температуры, наиболее значительно при температуре 0С.

Температура замерзания электролита важна, постольку по мере разряда аккумулятора снижается его плотность и, соответственно, температура его замерзания. При замерзании объем электролита увеличивается, что приводит к разрушению сосуда и электродов аккумулятора. Наиболее низкую температуру замерзания имеет электролит плотностью 1,29 г/см3. Стартерные аккумуляторные батареи, эксплуатируемые в суровых условиях, имеют электролит плотностью 1,26-1,30 г/см3, который не замеряет при самых низких возможных температурах.

Для определения температур замерзания электролитов различной плотности следует пользоваться таблицей 6.

Таблица 6. Температура замерзания электролитов

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: