Свинцово-кислотные аккумуляторы широко распространены в автомобильной технике в качестве стартерных и тяговых источников тока. В них энергия запасается и отдается в процессе обратимых электрохимических реакций с участием свинца, оксида свинца и серной кислоты. АКБ, изготовленные по современным технологиям (EFB, GEL, AGM) также содержат серную кислоту, но не всегда в свободном виде.
Какая кислота используется в аккумуляторах
В кислотно-свинцовые элементы, из которых состоит автомобильная батарея, в качестве жидкого реагента заливают серную кислоту, разбавленную водой. Для приготовления такого электролита применяют дистиллированную воду – продукт перегонки обычной воды. Она свободна от механических и химических примесей, поэтому не дает дополнительных химических реакций, ухудшающих работу аккумулятора. Отсутствие механических частиц гарантирует отсутствие дополнительного осадка на поверхности пластин, также ведущего к снижению параметров.
Главным реагентом в электролите является серная кислота – именно это вещество обеспечивает протекание необходимых реакций. Название субстанции указывает на наличие серы и кислорода, входящих в состав кислотного остатка. H2SO4 относится к категории сильных кислот, при попадании на кожу и в дыхательные пути она может вызвать ожоги и сильное отравление, поэтому при обращении с электролитом надо принимать меры предосторожности и пользоваться средствами защиты органов дыхания и кожи.
Концентрированная серная кислота представляет собой маслянистую жидкость, которая растворяется в воде в любом соотношении. В состав аккумуляторной кислоты H2SO4 входит в значительно разбавленном виде, но мер безопасности это не отменяет.
Химические процессы
Вопрос о разновидности кислоты, которая используется в АКБ, нельзя рассматривать отдельно от остальных реагентов. В кислотно-свинцовом аккумуляторе происходят определенные химические реакции, в результате которых возникает электродвижущая сила.
В процессе разрядки батареи жидкая серная кислота вступает в реакцию с диоксидом свинца положительных пластин и свинцом отрицательных пластин. В результате образуется новые вещества — сульфат свинца, оседающий на электродах, и вода.
PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
При зарядке АКБ происходит обратный процесс:
2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4
Очевидно, что если заменить любой из реагентов, включая электролит, то реакции пойдут по-другому, и не факт, что при этом возникнет ЭДС достаточного уровня. Поэтому использование серной кислоты завязано на протекание необходимых электрохимических процессов, и замена этого реагента, например, на соляную кислоту, к результату не приведет. Аккумулятор если и будет кое-как работать, то не выдаст нужных параметров по напряжению, токоотдаче и емкости.
В других типах аккумуляторов может использоваться электролит с другим составом. Так, в щелочных батареях используется, большей частью, раствор едкого калия или едкого натра. Но там и в качестве электродов используются другие металлы, и реакции идут совершенно иные.
Характеристики электролита
Кислота в стартерном аккумуляторе автомобиля должна иметь определенные параметры. Если они не соответствуют норме, батарея не будет обеспечивать заявленное напряжение, емкость и ток холодной прокрутки. В первую очередь надо следить за уровнем электролита. Его понижение означает недостаток реагента и снижение емкости батареи. Также пониженный уровень может привести к высыханию и осыпанию части активной массы пластин. Эта неисправность необратима и ведет к снижению емкости АКБ. Но не менее важно контролировать плотность жидкого реагента.
Норма плотности и контроль зимой и летом
Плотность является значимой характеристикой электролита. Она определяется соотношением воды и кислоты в жидкости. Плотность воды при нормальных условиях составляет 1 г/куб.см, а концентрированной серной кислоты – 1,83 г/куб.см. Очевидно, что чем больше в электролите воды, тем ниже ее плотность. И наоборот, чем больше кислоты, тем плотность выше. Свинцово-кислотные батареи изобретены еще в XIX веке, за это время выяснено оптимальное соотношение воды и серной кислоты – 1:2. Это дает плотность 1,27 куб.см.
Выше показано, что при разряде H2SO4 расходуется с образованием воды. Поэтому плотность электролита разряженного аккумулятора падает. При зарядке плотность снова растет, и надо стремиться, чтобы удельный вес жидкого реагента при полном запасе энергии составлял заветные 1,27 куб.см. Пониженная плотность ведет к неполному протеканию реакций и ухудшению параметров батареи. Повышенная – к усиленной коррозии пластин и сокращению срока службы батареи.
Эта цифра идеальна для температуры +25 град.С. Но климатические условия на территории России таковы, что зимой температура эксплуатации в большинстве регионов намного ниже, а летом – намного выше. Поэтому плотность в районах с умеренным надо корректировать в зависимости от сезона:
- Зимой надо добиваться несколько более высокой плотности – 1,28..1,29 г/куб.см.
- Летом – чуть более низкой – 1,26..1,25 г/куб.см.
Для самых северных и самых южных регионов страны удельный вес аккумуляторной кислоты надо держать круглогодично:
- для районов крайнего севера – 1,29 г/куб.см;
- для южных и субтропических областей, где зиа практически отсутствует – 1,24..1,25 г/куб.см.
Надо помнить, что пониженная плотность в зимнее время может привести к замерзанию электролита. Это означает выход аккумулятора из строя.
Рекомендуем: Какая должна быть плотность в автомобильном аккумуляторе
Срок службы и возможность замены
Кислотный электролит может прослужить без замены весь срок эксплуатации аккумулятора. Надо лишь следить за плотностью и вовремя ее корректировать, доливая по необходимости воду или кислоту. Но есть ситуации, когда жидкий реагент придется заменить. Например, если плотность в результате глубокого разряда упала ниже 1,1 г/куб.см. Зарядкой параметры такого электролита не восстановить, придется менять.
Также замена нужна, когда электролит изменил свой цвет на серый. Это означает осыпание части активной намазки, емкость батареи при этом снижается, но ее еще можно некоторое время эксплуатировать, если есть крайняя необходимость. Если цвет жидкости изменился на коричневый, это означает короткое замыкание пластин внутри банки. Заменять электролит без ремонта элемента нет смысла.
Серная кислота является незаменимым реагентом в свинцово-кислотной батарее. И так будет, пока этот тип аккумуляторов не будет вытеснен другими технологиями, но это дело достаточно далекого будущего.
Как долить электролит в аккумулятор
Чтобы выполнить доливку, необходимо снять крышку аккумулятора и проверить уровень электролита. Если уровень ниже нижней отметки, необходимо долить дистиллированную воду или специальный электролит для аккумуляторов. Важно помнить, что использование крановой воды или других жидкостей может привести к выходу из строя аккумулятора.
При доливке электролита необходимо следить за его уровнем и не допускать переполнения аккумулятора, так как это может привести к его повреждению. Также необходимо помнить о мере предосторожности и использовать защитные очки и перчатки, поскольку электролит является ядовитым и коррозивным веществом.
