Из чего делают электролит

Без электролитов невозможна работа перезаряжаемых источников электроэнергии. Существует несколько основных типов таких веществ, которые наиболее часто используются в современных устройствах этого типа. О том, какие существуют виды электролитов, а также каким образом можно приготовить смесь для заливки в аккумуляторную батарею, будет подробно рассказано в этой статье.

Что такое электролит и для чего он нужен

Электролит представляет собой кислотный или щелочной раствор, который принимает участие в химической реакции. Во время зарядки батареи, плотность токопроводящей жидкости повышается, поэтому по этому параметру можно довольно точно судить о степени заряженности аккумулятора.

Важно не только наличие токопроводящей жидкости в батарее, но также и качество смеси. Если приготовление раствора серной кислоты или щёлочи с водой производилось с нарушением технологии, то аккумулятор будет работать нестабильно либо полностью выйдет из строя в течение непродолжительного времени.

Виды электролита

Электролиты бывают двух основных видов:

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в аккумуляторах, применяемых для запуска двигателя автомобиля. Такие вещества можно приобрести в специализированных магазинах либо приготовить самостоятельно. На заводе такие смеси делают по ГОСТу, в домашних условиях также можно довольно точно соблюсти необходимые пропорции при смешивании кислоты с водой.

Щелочная смесь может быть приготовлена с использованием различных активных веществ, но наиболее часто применяется кальциево-литиевая основа, которая разводится необходимым количеством дистиллированной воды.

Кислотный электролит

Кислотную токопроводящую жидкость можно готовить самому из концентрированной серной кислоты.

Состав. В состав кислотного электролита входят два вещества:

В качестве основного вещества чаще используется серная кислота, которая практически не имеет запаха, не испаряется при комнатной температуре. По электропроводимости и другим важнейшим характеристикам этот элемент также наиболее подходит для заливки в свинцовые аккумуляторные батареи.

Особенности химических свойств. Основной характеристикой кислотного аккумулятора является его плотность. Этот параметр может существенно отличаться в зависимости от степени заряженности батареи, но не должен быть ниже 1,26 и выше 1,30 г/мм3.

Температура замерзания аккумуляторной жидкости напрямую зависит от её плотности, но если этот показатель опустится ниже минус 75 градусов Цельсия, то токопроводящая жидкость даже в полностью заряженном аккумуляторе превратится в лёд.

Серная кислота является едким веществом, поэтому при работе с этим веществом, следует использовать индивидуальные средства защиты. Как минимум, следует применять защитные очки и резиновые перчатки.

Применение. Кислотный электролит применяется, в основном, в свинцовых аккумуляторах. Такие источники тока используются в качестве стартерных батарей в легковом и грузовом транспорте.

Как приготовить. Чтобы приготовить самостоятельно потребуется следующие материалы и инструменты:

• Устойчивую к воздействую кислоты посуду и лопатку для помешивания раствора.
• Дистиллированную воду.
• Аккумуляторную серную кислоту.

Перед выполнением работы следует позаботиться о безопасности. Чтобы защититься от возможного негативного воздействия необходимо подготовить:

• Защитные очки.
• Устойчивый к кислоте фартук.
• Резиновые перчатки.
• Соду для нейтрализации действия кислоты.

Процесс приготовления осуществляется в такой последовательности:

• В ёмкость наливают необходимое количество воды.
• Тонкой струйкой добавляют концентрированную кислоту.
• Перемешать стеклянной или пластиковой лопаткой получившийся раствор.
• Дать отстояться смеси в течение 12 часов.

Для приготовления 1 литра смеси необходимой плотности потребуется 0,781 л воды и 0,285 л серной кислоты.

Щелочной электролит

Щелочной электролит имеет свои преимущества и недостатки, но такой состав также широко используется в качестве токопроводящей жидкости в портативных источниках питания.

Состав. В состав аккумуляторного электролита щелочного типа могут использоваться едкий калий или едкий натрий. Для улучшения эксплуатационных характеристик к щелочной основе добавляют также литиевые соединения. Для придания смеси текучести её разбавляют дистиллированной водой.

Особенности химических свойств. Все щелочные аккумуляторные жидкости – это сильные основания, которые активны по отношению к многим металлам и кислотам.

В результате химических реакций с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей также подвергаются гидролизу. Перечисленные химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электроэнергии в аккумуляторе.

Применение. Применение щелочных растворов сводится в основном к заправке аккумуляторных батарей. Такие источники электрического тока используются в различных приборах, электропогрузчиках, а также в качестве стартерных батарей для военных машин.

Как приготовить. Чтобы приготовить щелочной электролит следует придерживаться определённых правил. Прежде всего, необходима вместительная посуда, изготовленная из устойчивого к щелочи материала. Процесс приготовления следующий:

• В ёмкость заливается необходимое количество дистиллированной воды.
• В жидкость аккуратно всыпается сухая щёлочь. Затем смесь помешивают с помощью пластмассовой лопатки.
• Производится анализ плотности. При необходимости добавить сухую смесь или воду.
• Отстаивается раствор в течение 3 часов.
• Переливается электролит в другую ёмкость, стараясь не допустить поднятия осадка со дна ёмкости.

Если вся работа была произведена по инструкции, то можно получить качественный электролит, который заливают затем в аккумуляторы подходящего типа.

Корректирующий электролит

В процессе эксплуатации обслуживаемых аккумуляторов в банки может быть случайно добавлено слишком большое количество дистиллированной воды, что приведёт к падению плотности токопроводящей жидкости ниже допустимого уровня.

Решается эта проблема приготовлением и заливкой корректирующего электролита повышенной плотности.

Состав. Состав корректирующего раствора не отличается от основного электролита. Например, дли свинцово кислотных АКБ необходимо также развести серную кислоту в дистиллированной воде, но пропорции будет немного отличаться (для получения 1 литра электролита необходимо придерживаться соотношения 0,650 л воды и 0,423 кислоты).

Особенности химических свойств. Химические свойства корректирующего электролита практически не отличаются от основной токопроводящей жидкости. Физические параметры могут незначительно отличаться (более низкая температура замерзания).

Применение. Единственное применение корректирующего электролита – это восстановление оптимальной концентрации кислоты или щёлочи внутри банок аккумулятора.

Как приготовить. Для приготовления корректирующего состава необходимо разбавить чистое основное вещество в дистиллированной воде, но добавлять его необходимо немного больше, чем при производстве обычного электролита.

Последовательность операции также не отличается от стандартной схемы работы с едкими веществами для приготовления токопроводящей жидкости для аккумулятора.

Какой электролит в какой аккумулятор заливается

Если залить в аккумулятор неподходящий электролит, то АКБ будет полностью выведена из строя. Тип аккумулятора, как правило, указан на корпусе изделия, поэтому совершенно несложно установить принадлежность источника питания к определённой категории.

Если этикетка отсутствует, то можно взять небольшое количество электролита и с помощью тестов определить его состав. В свинцово-кислотные аккумуляторы заливаются электролиты на основе серной кислоты. Для щелочных источников питания можно использовать растворы KOH и NaOH.

При добавлении электролита в щелочные устройства следует также точно определить химическую формулу применяемого основания. Отличить одну щёлочь от другой можно по цвету пламени. Если добавить в костёр KOH то цвет огня изменится на красно-фиолетовый, NaOH – горит жёлтым свечением.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

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