Из чего делают электролит

Наверняка значительная часть автомобилистов обладают только поверхностными знаниями об устройстве своего аккумулятора, но иногда так хочется покопаться и узнать, что же там внутри, как в детстве разломать, посмотреть. Ломать не нужно, мы постараемся Вам рассказать.

В пред идущих статьях мы разбирали из чего же состоит АКБ. Если в кратце, то из положительных и отрицательных электродов которые чередуются, а между ними пластмассовые сепараторы. Все остальное пространство заполнено электролитом.

Так что же представляет из себя электролит? Ничего сложного, состав электролита для аккумулятора — это раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Итак, по порядку.

Аккумуляторная серная кислота

Серная кислота это тяжелая прозрачная маслянистая жидкость. Она хорошо растворима в воде и не имеет запаха. Процесс растворения кислоты в воде при приготовлении электролита для свинцовых АКБ, сопровождается выделением тепла.

Используется серная кислота согласно ГОСТ 667-83 марки А или серная кислота особой чистоты согласно ГОСТ 142б2-78. Содержание моногидрата серной кислоты нормируется в пределах 92-94 %. Плотность по ГОСТ – 1,830 г/см3. Суммарное содержание примесей — не более 0,03665 %, в их числе марганца — не выше 0,0О01 %, железа — 0,012 %, мышьяка – 0,0001%, хлора — 0,0005 %, окислов азота – 0,0001%.

Дистиллированная вода

Процесс приготовления электролита для свинцовых аккумуляторов невозможен без дистиллированной воды. Не допускается применение технической, питьевой и речной воды. Допускается применение конденсата воды паротурбинных установок с обязательным проведением химического анализа на содержание железа, которое не должно превышать величины 0,0004 %, и меди, с максимально допустимым её содержанием 0,005 %.

Для приготовления дистиллированной воды в лабораториях, на аккумуляторных станциях, в аптеках и лечебных учреждениях обычно применяются электрические дистилляторы.

Дистиллятор модели Д-1 мощностью 4 кВт имеет производительность 5 л/час, модели АД-10 — 10 л/час. Могут применяться и дистилляторы других моделей. При работе с конкретными моделями дистилляторов необходимо руководствоваться их инструкциями по эксплуатации.

Целесообразно не реже 1 раза в полгода проводить анализ воды, получаемой в дистилляторах. Содержание сухих веществ не должно превышать 5 мг/л, аммиака и солей аммония — не более 0,05 мг/л, сульфатов — не более 0,5 «г/л, хлоридов — не более 0,02 мг/л, кальция — не более 1,0 мг/.

Кроме того, полученная вода должна проверяться на содержание железа, тяжелых металлов и нитратов. Результаты сводятся в карту химанализа, на основании которой делается вывод о возможности использования дистиллята для приготовления электролита.

Вода должна соответствовать ГОСТ 6709-72.

Стоимость дистиллированной воды в аптеках и магазинах варьируется от 10 до 20 рублей за 1,5 литра.

Электролит

Электролит для свинцовых батарей представляет собой водный раствор серной кислоты. Серную кислоту и дистиллированную воду применяют с вышеуказанными характеристиками. Для заливки новых стационарных АКБ и вышедших из ремонта, а также для доливки применяется электролит с плотностью 1,18-1,24 г/см3.

Если для приготовления электролита применяется серная кислота с плотностью 1,83 г/см3 — целесообразно работы вести в два этапа. На первом этапе готовится электролит с плотность. 1,4 г/см3. Необходимо обеспечить его остывание до температуры 20С. На втором этапе из электролита с плотностью 1,4 г/см3 готовят электролит необходимой плотности. При двухэтапном процессе степень нагрева раствора серной кислоты будет значительно ниже.

Готовить электролит нужно в чистой эбонитовой, фаянсовой или специальной пластмассовой посуде. Из металлических сосудов можно применять только свинцовые. Применение стеклянной посуды категорически запрещено ввиду возможности разрушения при тепловом ударе.

Вначале в ёмкость вливается мерное количество дистиллированной воды, а потом тонкой струёй, при помешивании стеклянной или эбонитовой палочкой, вливается расчетный объем серной кислоты. Кислоту лучше доливать отдельными порциями.

Необходимо неукоснительно соблюдать следующее правило: лить кислоту в воду, а не наоборот. Оно обусловлено тем, что если вливать воду в кислоту, то вода мгновенно разогревается, вскипает и разбрызгивается, увлекая за собой капли горячей кислоты, падание которых на кожные покровы вызывает ожоги. Именно поэтому все работы необходимо производить в резиновых сапогах, суконном комбинезоне и резиновых перчатках. Так же можно одеть резиновый передник и обязательно защитные очки.

Чтобы приготовить электролит плотностью 1,4 г/см3 из расчета на 1 литр раствора ниже мы приводим таблицу какие пропорции серной кислоты и дистиллированной воды необходимо выдерживать.

Таблицы соотношения серной кислоты и дистиллированной воды

Таблица 1

Для электролита плотностью 1,4 г/см3 нужно выдерживать пропоции из второй таблицы.

Таблица 2

Для приготовлении электролита из плотностью 1,83 г/см3 воспользуйтесь третей таблицей.

Таблица 3

При измерении плотности используют ареометры с пределами измерения 1,1-1,4 г/см3 и ценой деления не грубее 0,005 г/см3 и, поскольку плотность зависит от температуры, термометры на пределы измерения 0÷50С и ценой деления 1С. Термометры не должны иметь деревянных или металлических оправ. Ареометры с указанными пределами измерения и точностью отсутствуют, поэтому применяют набор с более узкими диапазонами измерений.

Как уже упоминалось выше, в процессе приготовления электролита выделяется тепло. В таком случае измерение плотности нагретого электролита будет не корректным, соответственно при измерении необходимо вносить поправку, ну а лучше подождать пока температура станет 20С.

Температурный градиент плотности равен 0,0007 г/см3 на 1С. При температуре электролита выше приведенной, в данном случае 20С, расчетная поправка прибавляется к измеренному значению плотности. Например: температура фактическая равна 30С, разница с приведенной 20С составляет 10С. Градиент 0,0007 х 10 = 0,07 г/см3. К измеренному значению плотности прибавляем поправку, равную 0.007 г/см3.

При фактической температуре 10С разница с приведенной температурой также 10С. Градиент, равный 0,0007 г/см3 умножаем на 10, получаем поправку 0,007 г/см3, но в данном случае поправка вычитается из измеренного значения плотности при температуре 10С.

Необходимо помнить, что заливать электролит температурой выше 25С в аккумуляторы недопустимо.

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:

где r – удельное сопротивление Ом 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

Щелочные электролиты

Обычно для приготовления электролита щелочных аккумуляторов используют едкий калий и едкий литий.

Едкий калий (КОН) — твердое белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. При растворении едкого калия в воде происходит выделение тепла. Согласно ГОСТ 9285-59 калий едкий технический изготовляется трех сортов: высший, А и Б. Содержание едкого калия в высшем сорте не менее 96%, в сорте А — 92% и в сорте Б — 88%. Кроме того, выпускается реактивный едкий калий (ГОСТ 4203-435), содержащий меньше примесей, чем технический едкий калий.

Если электролит приготовляют из едкого калия и едкого лития, то сначала растворяют едкий калий, а затем добавляют едкий литий из расчета 10-20 г на 1 л электролита. Чтобы он остыл после разведения, а также для осаждения примесей необходимо оставить его на 15-20 часов в емкости, закрыв плотно крышкой.

По истечении этого времени очистившийся раствор осторожно сливают в чистую посуду, затем ареометром проверяют плотность, и, если нужно, доводят до нормы, добавляя воду, щелочь или готовый концентрированный электролит.

Рекомендуемую плотность электролита устанавливает завод-изготовитель кадмий-никелевых и железо-никелевых батарей. Если в документации нет жестких рекомендаций, то применяется электролит с плотностью 1,19-1,21 г/см3 при 15С и содержанием 10-20 г/л едкого лития. Раствор с такими параметрами применяется при эксплуатации аккумулятора при температурах не ниже —20С. Если температура ниже, то необходим электролит с плотностью 1,25—1,27 г /см3 без едкого лития.

Для восстановления старых щелочных кадмий-никелевых и железо-никелевых аккумуляторов применяют калиево-литиевый электролит плотностью 1,255—1,279 г/см3 с добавкой 69 г едкого лития на 1 л электролита. Для приготовления электролитов требуемой плотности необходимо руководствоваться таблицей 7.

Таблица 7. Плотность щелочных электролитов

Приготовление щелочных электролитов для железо-никелевых и кадмий-никелевых аккумуляторов

В заключение можно констатировать, что век самостоятельного приготовления электролита в гаражах уже подошёл к концу. В любом автомобильном магазине можно купить готовый и не подвергать себя риску при работе с химическими веществами, например, серной кислотой.

В настоящее время выбор аккумуляторных батарей огромен — в продаже можно найти уже готовые к использованию источники питания, а также сухозаряженные батареи, которые требуют осуществить приготовление электролита и его заливку до начала эксплуатации. Дальнейшее обслуживание аккумуляторов многие часто осуществляют в сервисах. По разным причинам может возникнуть необходимость самостоятельно приготовить раствор. Чтобы это мероприятие увенчалось успехом, следует знать, как сделать электролит в домашних условиях.

Что такое электролит?

Электролит — электропроводящий раствор, содержащий в своём составе дистиллированную воду и серную кислоту, едкий калий или натрий в зависимости от типа источника питания.

Концентрация серной кислоты в АКБ

Этот показатель кислотности напрямую зависит от необходимой плотности электролита. Изначально средняя концентрация этого раствора в автомобильном аккумуляторе — около 40% в зависимости от температуры и климата, в которых используется источник питания. Во время эксплуатации концентрация кислоты падает до 10–20%, что сказывается на работоспособности АКБ.

Вместе с тем стоит понимать, что аккумуляторная серная составляющая — наичистейшая жидкость, которая на 93% состоит непосредственно из кислоты остальные 7% — примеси. На территории России производство этого химиката строго регламентировано — продукция должна соответствовать требованиям ГОСТ.

Отличия электролитов для разных типов аккумуляторов

Несмотря на то что принцип работы раствора одинаков для разных источников питания, следует знать о некоторых различиях составов. В зависимости от состава принято выделять щелочной и кислотный электролиты.

Щелочные АКБ

Этот вид источников питания характеризуется наличием гидроокиси никеля, окиси бария и графита. Электролит в этом виде аккумуляторов представляет собой 20% раствор едкого калия. Традиционно используется добавка моногидрата лития, которая позволяет продлить срок эксплуатации АКБ.

Щелочные источники питания отличаются отсутствием взаимодействия калийного раствора с веществами, образуемыми во время работы аккумулятора, что способствует аксимальному уменьшению расхода.

Кислотные АКБ

Этот вид источников питания является одним из самых традиционных, поэтому и раствор в них знаком многим — смесь дистиллированной воды и серного раствора. Концентрат электролита для свинцово-кислотных аккумуляторов дешёво стоит и характеризуется способностью проводить ток большой величины. Плотность жидкости должна соответствовать климатическим показателям.

Таблица 1. Рекомендуемая плотность электролита

Другие виды АКБ: можно ли приготовить электролит для них самостоятельно?

Отдельно хотелось бы обратить внимание на современные свинцово-кислотные источники питания — гелевые и AGM. Они также могут быть заправлены собственноручно приготовленным раствором, который в них находится в специфической форме — в виде геля или внутри сепараторов. Для заправки гелевых аккумуляторов понадобится ещё один химический компонент — силикагель, который загустит кислотный раствор.

Кадмиевоникелевые и железоникелевые аккумуляторы

В отличие от свинцовых источников питания, кадмиево- и железоникелевые заливаются щелочным растовром, который является смесью дистиллированной воды и едкого калия или натрия. Гидроксид лития, входящий в состав этого раствора для определённых температурных режимов, позволяет увеличить срок службы АКБ.

Таблица 2. Состав и плотность электролита для кадмиево- и железоникелевых и аккумуляторов.

Железоникелевые источники питания рекомендуется эксплуатировать в тех же условиях, что и кадмиево-никелевые. Однако стоит отметить, что они более восприимчивы к низким температурам. Поэтому их следует использовать до минус 20 градусов.

Как правильно приготовить электролит в домашних условиях: техника безопасности

Приготовление раствора — работа с кислотами и щелочами, поэтому соблюдение мер предосторожности необходимо для самых опытных людей. Перед началом действия подготовьте средства защиты:

• резиновые перчатки
• одежду и фартук, устойчивый химическим веществам;
• защитные очки;
• нашатырный спирт, кальцинированную соду или борный раствор, чтобы нейтрализовать кислоту и щёлочь.

Оборудование

Для приготовления аккумуляторного электролита помимо самого источника питания потребуются следующие предметы:

• ёмкость и палочка, устойчивые к воздействию кислот и щелочей;
• дистиллированная вода;
• инструменты для измерения уровня, плотности и температуры раствора;
• аккумуляторная серная жидкость — для кислотной АКБ, твёрдые или жидкие щелочи, литий — для соответствующих видов АКБ, силикагель — для гелевых аккумуляторов.

Последовательность процесса: делаем электролит для кислотно-свинцового источника питания

Перед началом работ ознакомьтесь с информацией, приведённой в таблице 3. Она позволит выбрать необходимый объем жидкостей. В аккумуляторах залито от 2,6 до 3,7 литра кислотного раствора. Мы рекомендуем разводить примерно 4л электролита.

Таблица 3. Пропорции воды и серной кислоты.

• В ёмкость, устойчивую к едким веществам, налейте нужный объем воды.
• Разбавлять воду кислотой следует постепенно.
• По окончании процесса вливания замеряйте плотность получившегося электролита с помощью ареометра.
• Дайте составу отстояться около 12 часов.

Таблица 4. Плотность электролита для разных климатов.

Концентрация кислотного раствора должна соотноситься с минимальной температурой, при которой эксплуатируется аккумулятор. Если жидкость получилась слишком концентрированной, её необходимо разбавить дистиллированной водой.

Смотрите видео, как измерить плотность электролита.

Обращаем ваше внимание, что во время смешивания компонентов выделяется тепло. В подготовленный аккумулятор следует заливать остывший раствор.

Способ развести электролит для щелочного источника питания

Плотность и количество электролита в таких аккумуляторах указана в инструкции по эксплуатации источника питания или на сайте компании-производителя.

Необходимая плотность раствора

Количество твёрдой щелочи равняется количеству электролита, разделенному на

Электролит является важнейшей составляющей аккумуляторных батарей. Без него невозможна их работа и от качества и правильности приготовления зависят как технические параметры, так и долговечность аккумуляторов.

Сейчас в продаже возможно приобретение электролита для любых разновидностей аккумуляторов, но иногда возникает необходимость в его самостоятельном изготовлении. Приготовить электролит для аккумулятора несложно при выполнении ряда условий.

Состав электролита

Электролит является раствором активного вещества в дистиллированной воде. В зависимости от типа используемых аккумуляторных батарей активным веществом являются:

• серная кислота для свинцово-кислотных аккумуляторов;
• щелочи (едкий натрий или калий) для щелочных аккумуляторов.

В щелочных АКБ для выполнения особых требований в составе электролита может присутствовать добавка едкого лития. Также едкий литий является основным в литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторах.

Требования к компонентам

Нормальное протекание химических реакций предъявляет особые требования к веществам электролита. Основное требование – высокая степень чистоты материалов. Чем чище будут химические вещества для приготовления электролита, тем выше будет КПД аккумуляторов и их долговечность.

Согласно требованиям стандартов, аккумуляторная серная кислота должна содержать не менее 92 – 94% серной кислоты. Оставшиеся 6 – 8% занимает вода. Содержание солей металлов не более тысячных долей процента.

Внимание! Щелочь выпускается в сухом виде и к ней предъявляются подобные требования.

Если с перечисленными веществами вопросов обычно не возникает (ответственность за чистоту возлагается на предприятия, выпускающие материалы и торговые организации), то с водой дела обстоят несколько хуже. Многие автолюбители не делают различие между обычной и дистиллированной водой.

Вода из водопровода насыщенна растворами различных солей металлов и органических веществ. Простое кипячение в состоянии избавиться от незначительного количества солей жесткости, а остальные вещества остаются в неизменном виде. В водопроводной воде наиболее опасными для аккумуляторов являются соли железа, находящиеся там в больших концентрациях.

Активные вещества для электролита нужно разводить дистиллированной водой, которая отличается тем, что содержание солей в ней минимально. Такая вода по своим химическим и физическим параметрам практически соответствует идеальной.

Плотность электролита

Для заливки в аккумуляторы используются составы с точно определенной концентрацией входящих в состав веществ. Для облегчения контроля количественного состава введено понятие плотности. Это объясняется тем, что дистиллированная вода обладает плотностью, равной 1 гр/см3 и любые посторонние добавки увеличивают это значение. Серная кислота и щелочь, имеют гораздо более высокие значения удельного веса, поэтому, измеряя плотность раствора, можно легко определить состав электролита. Плотность измеряется при помощи простейшего устройства, а о том, как замерять плотность, читайте в этой статье .

Количество исходных веществ

Чтобы приготовить электролит с заданным значением плотности, нужно взять строго определенное количество исходных веществ. В таблице ниже приведены данные по наиболее распространенным значениям плотности для разных типов электролита.

Плотность, г/см3	Количество воды, л	Количество кислоты, л	Количество щелочи, кг	Температура замерзания электролита, °С
1,24	0,819	0,242	-45
1.25	0,809	0,253	-50
1.26	0,8	0,263	-55
1.27	0,791	0,274	-60
1.28	0,781	0,285	-65
1,15 – 1.21	3	1	-19 … +35
1.25 – 1.27	2	1	-20 … -40

Для повышения допустимой температуры эксплуатации в регионах с жарким климатом или на предприятиях с высокой температурой окружающего воздуха, в щелочные аккумуляторы вводится добавка едкого лития в количестве 15-20 гр. на литр электролита.

Особенности технологии приготовления электролита

При самостоятельном приготовлении следует помнить следующее:

• плотность кислоты и щелочи намного выше плотности воды;
• реакции смешивания кислоты с водой и растворения щелочи происходят с выделением высокой температуры (до 80-90°С);
• кислоты и щелочи взаимодействуют с большинством металлов.

Из перечисленного следует, что посуда для приготовления электролита должна быть из материала, стойкого к действию агрессивных веществ и температуры. Наиболее соответствует этим требованиям посуда из стекла и керамики. Использование пластиковой посуды возможно при условии недопускания ее нагрева до высоких температур. Нельзя использовать эмалированную посуду, поскольку при наличии незаметных трещин в эмали будет происходить загрязнение электролита солями металлов. То же самое относится к изделиям из нержавеющей стали. Такие материалы не вступают в реакцию с водой, но производители не гарантируют ее нейтральность по отношению к агрессивным веществам.

Важно! Перед тем, как сделать электролит, заранее отмеряют необходимое количество компонентов.

Приготовление кислотного электролита

Высокая плотность кислоты и способность разогрева при смешивании с водой обусловили специфику приготовления раствора: кислоту нужно вливать в воду. Если поступить наоборот, то вода, оказавшись сверху, нагреется до температуры закипания и выплеснется наружу вместе с каплями кислоты.

Чтобы уменьшить нагрев, кислоту целесообразно разбавить в два этапа. На первом готовится раствор плотностью 1.40, а затем, после остывания, делают электролит необходимой концентрации. Раствор с плотностью 1.40 называют корректирующим. Он применяется для коррекции плотности электролита в рабочих аккумуляторах. После добавления кислоты в воду смесь аккуратно перемешивают стеклянной палочкой. Приготовленный электролит необходимо оставить на некоторое время (от половины до суток) для его равномерного смешивания и полного остывания.

Внимание! Срок хранения кислотного раствора неограничен.

Приготовление щелочного электролита

Необходимое количество щелочи высыпают в отмеренное количество воды и перемешивают до полного растворения. Также необходимо выдержать время, пока осадок не растворится полностью и температура не опустится до нормальной.

Раствор щелочи нужно хранить в герметично закрытой таре, не допуская попадания воздуха. Углекислый газ легко вступает в реакцию со щелочами с образованием карбонатов – солей угольной кислоты. В результате содержание активного вещества в растворе с течением времени падает.

Растворы кислоты и щелочи должны быть прозрачными или иметь легкий желтоватый оттенок. Наличие мутности отстоявшегося раствора говорит о низкой чистоте исходных компонентов и для использования в аккумуляторах непригодны.

Меры безопасности

Приготовление электролита представляет собой опасность из-за использования очень агрессивных веществ. Концентрированные растворы кислоты и щелочей способны вызвать труднозаживающие кислотные ожоги, а при попадании в глаза вызывают слепоту.

Перед работой следует приготовить нейтрализующий раствор для смывки случайно попавших на тело капель электролита:

• 1% раствор пищевой соды при работе с кислотой.
• Столовый уксус для обезвреживания щелочи. Уксус нужно наполовину разбавить водой.

Работать следует в резиновых перчатках и обязательно в защитных очках или маске. При попадании электролита на кожу нужно обильно промыть место попадания нейтрализующим раствором, а после промывки глаз немедленно обратиться к врачу.

Все работы производятся на открытом воздухе или хорошо вентилируемом помещении. Пары кислоты, выделяющиеся при приготовлении раствора (особенно в горячем состоянии) вызывают раздражение верхних дыхательных путей, выраженные сильным кашлем и отеком слизистых оболочек.

В качестве одежды в домашних условиях можно использовать ту, которую не сильно жалко, поскольку даже после промывки нейтрализующим раствором между волокнами ткани останется часть агрессивного вещества и вещи будут безнадежно испорчены.