Какая кислота содержится в аккумуляторе

Практически все владельцы личного транспортного средства прекрасно знают о том, что в аккумуляторах есть кислота. Даже новички, которые только начинают постигать азы вождения, и то осведомлены касательно этого вопроса.

Многие из них слышали о кислотно-свинцовых аккумуляторах, но на деле так и не имеют представления, как именно работает это устройство. А между тем здесь протекают определенные химические реакции.

Какая кислота в аккумуляторе и для чего нужна

Большинство автомобилистов прекрасно знают, какая кислота залита в аккумуляторе. Но находятся и те, кто считают, что внутри аккумулятора ничего кроме дистиллированной воды (или дистиллята) нет. Другие же придерживаются мнения в пользу соляной кислоты, которое также неверно.

В любой автомобильной батарее содержится серная кислота — H2SO4. Если быть точнее, то речь идет о растворе серной кислоты с дистиллированной водой. Такая жидкость имеет общее название – электролит. Так какова роль серной кислоты?

Это основной компонент для работы АКБ. В отсутствие кислоты невозможен процесс заряда и разряда батареи. Это одна из самых активных разновидностей, которая способна вступать во взаимодействие практически с любым металлом, включая их оксиды. К тому же кислота может вступать в реакции обмена, а ее активность зависит от содержания воды.

Когда происходит заряд кислотного аккумулятора, пластины из чистого свинца (отрицательные) начинаются выделять электроны, которые принимаются решетками из оксида свинца (положительные). При разряде батареи происходит в точности до наоборот. Иными словами, когда пластины отдают электроны, они как бы «разрушаются» – происходит заряд, а при разряде они возвращаются обратно, что именуется «восстановлением».

И вот как раз для такого процесса разрушения – восстановления и нужна агрессивная среда в виде разбавленной серной кислоты. И без нее эффективность автомобильных батарей была бы на очень низком уровне.

Состав электролита и как правильно сделать

Серная кислота широко используется в современной промышленности для получения электрической энергии (аккумуляторы, батареи, электрические конденсаторы). Что касается состава электролита в АКБ, то соотношение между серной кислотой и дистиллированной водой следующее:

• сама кислота – 30%;
• дистиллированная вода – 70%.

Именно такая субстанция эффективным образом взаимодействует со свинцовыми пластинами. При этом особого внимания заслуживает плотность электролита, на что непосредственным образом оказывает влияние серная кислота. У концентрированной она достигает показателя в 1,83 г/см3. Добавлением дистиллированной воды обеспечивается понижение плотности до нужных пределов – обычно это диапазон 1,23-1,27 г/см3.

Знать этот параметр необходимо для понимания порога замерзания электролита. При плотности в 1,11 г/см3 субстанция замерзает уже под воздействием относительно небольшого холод: -7 °C. У рекомендованных значений порог этот существенно отличен – от -58 °C до -64 °C. А можно ли самому сделать электролит?

Да, это действительно возможно, только действовать необходимо с предельной осторожностью. И поскольку предстоит иметь дело с серной кислотой высокой концентрации, то такая работа представляет определенную опасность. Необходимо позаботиться о защите рук, тела, органов дыхания.

Собственно в том, чтобы самостоятельно приготовить электролит для АКБ, нет ничего сложного – смешать серную кислоту с дистиллированной водой, соблюдая пропорцию. Стоит заметить, что обычна вода из-под крана для таких целей не подходит, поскольку содержит большое количество разных примесей, которые негативным образом воздействуют на свинцовые пластины.

Собственно сами ингредиенты:

• Серная кислота (плотность должна быть 1,83 г/см3 или более, но не менее).
• Дистиллированная вода.
• Любая фарфоровая посуда.

Пропорции кислоты и воды нам известны – 30% и 70% соответственно. При этом важен характер подхода к производству – оптимально кислоту добавлять в воду, а не наоборот. Также стоит учесть, что при их смешивании будет выделяться очень много тепловой энергии и по этой причине недопустимо использовать стеклянную посуду – она просто лопается. Когда температура электролита упадет, его можно перелить в стеклянную емкость или тару из пластика.

После того как жидкости будут соединены, следует замерить плотность ареометром. Если показатели соответствуют допустимому пределу, электролит готов к эксплуатации. Но такое приспособление имеется далеко не у каждого водителя, а поэтому пригодится следующая подсказка плотности электролита (из расчета на 1 литр дистиллированной воды):

• при 1,23г/см3 – 280г;
• при 1,25г/см3 – 310г;
• при 1,27г/см3 – 345 г;
• при 1,29г/см3 – 385 г.

Собственно на этом работа и заканчивается. Тем, кто проживает в средней полосе России, следует придерживаться плотности – 1,27 г/см3. При этом для зон с холодным климатом (до -30 °С) допустимый показатель составляет 1,26-1,28 г/см3, а жарких субтропических районов – 1,24-1,26 г/см3. Пределы плотности от 1,27 г/см3 до 1,29 г/см3 актуальны для тех регионов, где зима свирепствует до -50 °С.

К чему приведет нарушение рецептуры

Показатель в 1,29 г/см3 является не самым высоким – встречается концентрат электролита с плотностью 1,33 г/см3 (применяется для корректировки), ранее можно было найти даже с плотность 1,4 г/см3, но сейчас он снят с продажи. Однако его все же следует также разбавить водой и только после этого заливать внутрь АКБ. Почему же нельзя лить сильно концентрированный электролит?

Ничего хорошо уж точно не произойдет! Из-за высокой концентрации страдают пластины аккумулятора – их просто разъедает со временем. Это происходит медленно, но верно! Поэтому, если залить высокий концентрат, не следует удивляться тому, что АКБ в скором времени вышла из строя.

Низкая плотность электролита приводит к такому явлению, которое называется сульфатацией. Об этом процессе известно многим опытным водителям. В результате на пластинах оседают кристаллы сульфита свинца, из-за чего металл утрачивает способность к накоплению заряда.

К тому же, как выше уже было упомянуто, из-за слишком низких показателей плотности электролит замерзает, обращаясь в лед. Чем это грозит, каждому уже понятно – повреждения пластин не избежать.

Как корректировать плотность жидкости

Владельцам автомобилей необходимо контролировать уровень электролита и его плотность. Из-за гидролиза и нагрева АКБ в подкапотном пространстве содержание субстанции понижается, а плотность наоборот растет. По этой причине возникает необходимость доливать дистиллированную воду. Но иногда показатели плотности электролита могут стать меньше нормы. Тогда следует поднять концентрацию кислоты.

Существуют несколько способов как это можно сделать, исходя из степени понижения плотности электролита. Для этого следует замерить его концентрацию в каждой банке по отдельности. Если густота электролита получена от 1,18 г/см3 до 1,20 г/см3, то оптимальное решение – замена части электролита в банке на новый с плотностью 1,27 г/см3. Иными словами делается повышение плотности электролита.

Только предварительно стоит убедиться в том, что АКБ заряжена, иначе батарею следует подзарядить. При низком заряде аккумулятора к такой процедуре нельзя приступать. Иначе концентрация H2SO4 резко поднимется, что приведет только к разрушению пластин.

Сама же процедура выполняется в следующем порядке:

• Резиновой грушей откачивает как можно больше жидкости из банки. При этом замерить объем.
• Добавляют новый корректирующую жидкость с плотностью 1,27-1,29 гр/см3 в количестве равном половине изъятого объема.
• Пусть все перемешается между собой – для этого можно дать нагрузку на выводы, просто подождать некоторое время или потрясти АКБ.
• Замеряют плотность. Если показатели по-прежнему не достигли допустимых пределов доливку электролита стоит продолжать до достижения нужных параметров.
• Когда предел установлен, банки закрывают, а сам аккумулятор ставится на зарядку.

В том случае, когда плотность электролита снижена ниже уровня в 1,2 гр/см3, тогда необходимо менять его полностью – сливать старый, заливать новый.

Какую кислоту заливают в аккумулятор

В некоторых видах автомобильных АКБ в качестве электролита может использоваться щелочь. К примеру, никель-кадмиевый тип АКБ. Помимо этого, есть группа гелевых аккумуляторов, где жидкость находится в связанном состоянии. Но, по сути, это раствор серной кислоты, переведенный в гелеобразное состояние или им пропитанное стекловолокно.

Серная кислота широко используется при производстве свинцово-кислотных АКБ для транспортных средств. Ее концентрация в электролите около 30-35%, остальное – дистиллированная вода. Применять обычную водопроводную воду запрещено, поскольку в ее состав входят соли многих металлов и их попадание в АКБ сократит срок его службы.

Как правило, в бытовой сфере серной кислоты с 30%процентов вполне достаточно, однако в сфере производства довольно часто используется кислота с более высокой концентрацией. Получить концентрированную серную кислоту можно в две стадии. Первая – это когда концентрация доводится до 65-70%, вторая – когда ее увеличивают до 98%. Такой состав наиболее пригоден для длительного хранения. Возможно получение высокой концентрации в 99 %, но в дальнейшем из-за значительной потери SO3 она снизится до 98,3%.

Применение серной кислоты и ее сорта

Существует несколько сортов серной кислоты, к ним относятся:

• Нитрозная или башенная. Концентрация составляет 75%, а плотность этого сорта находится в пределах 1,67 г/см3. Такое название он получил благодаря методу производства нитрозным способом в футерованных башнях. Обжиговый газ обрабатывается нитрозой и в процессе реакции получается кислота и оксиды азота.
• Контактная. Концентрация достигает 92,5-98%, плотность – 1,837 г/см3 . Данный сорт также получается из обжигового газа с содержанием двуокиси SO2. В процессе химической реакции происходит ее окисление при контакте с катализатором из ванадия.
• Аккумуляторная. Концентрация 92-94%, плотность – 1,835 г/см3.
• Сорт Олеум. Концентрация довольна высокая –104,5%, плотность – 1,897 г/см 3 , представляет собой концентрированный раствор из кислоты и SO3.
• Высокопроцентный олеум. Концентрация достаточно высокая –114,6%, плотность – 2,002 г/см3.

Процессы, происходящие в АКБ с участием электролита

Функционирование свинцово-кислотного АКБ основывается на химических процессах, протекающих с помощью электролита. АКБ автомобиля из пластин: положительных и отрицательных, погруженных в раствор кислоты. Пластины имеют токоотводящие решетки, выполненные из свинца с добавками (зависит от типа АКБ), а на решетках отрицательных электродов нанесен сероватый порошок свинца, на положительных – красновато-коричневый диоксид свинца.

Показатель плотности электролита на заряженном АКБ находится в диапазоне 1,128─1,300 г/см3. При разрядке АКБ в результате химической реакции из электролита стремительно расходуется кислота и плотность значительно падает.

Полностью заряженный элемент аккумулятора транспортного средства выдает напряжение в пределах 2,5-2,7 В без нагрузки на выводах. В случае нагрузки данное напряжение несколько проседает до 2,1 В буквально за несколько минут. За этот короткий период на поверхности отрицательных электродов успевает сформироваться плотный слой PbSO4. Соответственно, напряжение элемента на подключенной к авто АКБ составляет 2,15 В.

Если разряжать АКБ транспортного средства небольшим током (примерно 10% от номинальной емкости), тогда через 1-2 ч разрядки напряжение элемента снизится до 2 В. Это обусловлено тем, что в этом момент формируется большое количество PbSO4, который, в свою очередь сильно забивает поры активной массы. Помимо этого, проявляется рост внутреннего сопротивления элементов аккумулятора и значительно снижается концентрация жидкости.

Контроль за состоянием электролита

Контроль за электролитом – важная процедура, которая должна проводиться регулярно. От владельца транспортного средства требуется контролировать как уровень электролита в АКБ, так и его плотность. Чтобы проверить уровень электролита рекомендуется использовать стеклянную трубочку, но если ее нет, то можно использовать прозрачный корпус от ручки. Для измерения нужно открыть пробки всех банок и погрузить пластиковую/стеклянную трубочку до пластин. После чего с верхнего конца ее плотно зажать пальцем и поднять.

Оптимальный уровень электролита в трубке должен быть 10-12 мм. В случае нехватки электролита доливается вода до требуемого уровня. Выше необходимого уровня воду заливать не следует.

Срок службы электролита

Стоит знать, что кислотный электролит – это раствор, который не имеет срока годности. Срок службы для такой жидкости определяется исключительно исходя из того, как она способна выполнять свои функции.

К показателям, которые влияют на срок использования АКБ, относятся:

• Плотность электролита.
• Температурный режим функционирования АКБ.
• Степень заряженности аккумулятора.

Если эти показатели соответствуют норме, срок службы электролита довольно продолжительный.

Как поднять плотность электролита

Повышение плотности жидкости происходит вследствие повышения температуры и в результате процесса, который называется гидролиз. Чтобы этот показатель находился на необходимом уровне, требуется регулярное добавление дистиллята. Если датчик концентрации кислоты в электролите показывает значение ниже, чем 1,275 г/см3, следует его поднимать.

Кислотность электролита можно поднять двумя способами: полной заменой старого электролита на новый или внесением разбавленной концентрированной кислоты.

В случае разбавления жидкости следует провести ряд действий для каждой банки:

• Постараться откачать максимальное количество электролита посредством шприца или резиновой груши.
• Внести в банку 0,5 его объема плотностью от 1,26 до 1,28 г/см3.
• Чтобы тщательно перемешать жидкость, необходимо на выводы подать нагрузку с минимальной мощностью.

При замере плотности стоит определить необходимый уровень. Если не произошло изменений, тогда в половину оставшегося объема требуется внести еще электролит.

С помощью подобных манипуляций можно довести до оптимальной плотности концентрацию кислоты в электролите.

В случае, если показатель индикатора показывает значения плотности ниже, чем 1,2 г/см3, требуется полная замена электролита, так как способом доливки поднять ее не получится. Однако если батарее менее года, то стоит попробовать.

Важно! Серная кислота – агрессивная средой для кожных покровов человека и его одежды. Поэтому во время работ с открытой батареей рекомендуется позаботиться о мерах защиты: обязательно надеть резиновые перчатки, защитные очки. Так же пригодится прорезиненный фартук.

Порядок заливки и доливки кислотного электролита в АКБ

Составляющие компоненты электролита – кислоту и дистиллированную воду, нужно смешать в разных пропорциях. Так, если необходимо получить электролит с уровнем плотности 1,29 г/см³, то к 1 литру необходимо добавить 0,36 л кислоты, то есть в соотношении 1:3.

Заливку электролита производят стеклянной или полиэтиленовой трубочкой до уровня 10-15 мм над свинцовыми пластинами. После этого аккумулятор оставляют на два часа, однако в некоторых случаях плотность при этом падает. Далее АКБ заряжают током в десять раз меньшим его емкости в течение 4 часов.

Проверять плотность АКБ необходимо раз в 2-3 месяца. Для этого используется специальный прибор – ареометр.

Важно! В целях техники безопасности необходимо знать, что заливать нужно именно серную кислоту в дистилированную воду, но не наоборот, поскольку высока вероятность возникновения химической реакции данной смеси с выделением брызг и тепла.

Процесс приготовления электролита

Электролит для АКБ можно, конечно, приобрести в специализированных магазинах, но можно сделать его самостоятельно и при этом научиться регулировать плотность.

Для приготовления электролита потребуются следующие компоненты:

• Вода дистиллированная.
• Серная кислота.
• Емкость из материала, устойчивого к воздействию концентрированного химического вещества: стекла, керамики, свинца.
• Эбонитовая палочка (для размешивания жидкости).

Для приготовления в специальную емкость заливается вода, после – серная кислота. Компоненты тщательно палочкой смешиваются. Процедуру проводят последовательно, поскольку при обратном варианте есть вероятность получить ожоги.

Полученное вещество плотно накрывается и оставляется минимум на сутки до выпадения осадка и остывания. Стоит знать, что при обратном проведении заливки (сначала серная кислота, потом – вода), возможна гидратации и образование в кислоте тепла. Соответственно, вода может закипеть и спровоцировать разбрызгивание.

Срок службы АКБ ограничен ее техническими характеристиками. Однако при неправильном его использовании и хранении этот показатель может существенно снизиться. Чтобы АКБ не изнашивалась слишком стремительно, специалисты рекомендуют следить за плотностью электролита и его уровнем.