Полимерный электролит своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

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.

С развитием технологий возникла необходимость замены традиционных свинцово — кислотных накопителей на аналогичные по

Практически на всем протяжении эксплуатации автомобильной техники, водители сталкиваются с таким понятием как уровень

Литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы получили самое широкое распространение благодаря своим хорошим потребительским качествам. Таким

Телефоны стали очень распространены и решили проблему связи. Теперь же назревает проблема зарядки смартфонов

Обычно аккумуляторные батареи покупают либо с заводской заливкой электролитом, либо сухозаряженные, но в некоторых случаях требуется самостоятельно обслужить АКБ и тогда пригодятся знания, как верно приготовить электролит.

Меры предосторожности

При работе с ингредиентами для приготовления электролита следует соблюдать осторожность, так как некоторые из них могут вызвать сильные ожоги.

Непосредственно перед работой нужно приготовить резиновые перчатки, фартук или спецодежду, устойчивую к кислотам и защитные очки. Под рукой должны быть нашатырь или 5-10 % раствор кальцинированной соды для ослабления действия кислот и 10-процентная борная кислота для нейтрализации щелочи.

Материалы для приготовления

5-литровая емкость из керамики, полиэтилена, хлорвинила ли эбонита
эбонитовая палка или из другого материала, не поддающегося действию кислот и щелочи
опрокидывающаяся лейка
приборы для определения температуры, плотности жидкости и уровня
аккумуляторная батарея
дистиллированная вода
аккумуляторная серная кислота.

Перед работой все предметы, которые будут использоваться, требуется промыть дистиллированной водой и высушить их.

Советы по приготовлению

Плотность электролита должна отвечать внешним температурным режимам, при которых будет работать батарея, включая сильные морозы.

Плотность электролита должна быть указана в инструкции к АКБ и ее нужно довести до 25 градусов со знаком плюс, что в дальнейшем исключит замерзание и выход из строя аккумулятора.

Далее потребуется определить плотность серной кислоты для приготовления электролита, по правилам она равняется 1,83 г/см3.

Затем нужно определиться с количеством дистиллированной воды, для этого используют специальные таблицы.

Важно: при соединении воды и кислоты возникает реакция и на выходе количество вещества будет меньше, чем суммарное исходное количество ингредиентов.

Приготовление

Когда все приготовления окончены, можно приступать к смешиванию. В емкость наливается отмеренное количество воды, за ней следует серная кислота - начинается бурная реакция ингредиентов, при которой часто и возникают химические ожоги.

Полученную массу нужно остудить до 150-300 градусов и разлить в стеклянные бутылки. Всю тару для электролита следует маркировать с указанием срока изготовления и его плотности.

Несмотря на кажущуюся легкость приготовления электролита для АКБ, этот процесс крайне опасен для здоровья и в большинстве случаев оптимальным вариантом станет визит в сервисный центр по обслуживанию аккумуляторных батарей.

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.

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/см 3 .

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%).

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.

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/см 3 . Поскольку плотность воды около 1, а серной кислоты – 1.83 г/см 3 , проще всего готовить раствор поэтапно, особенно если отсутствует ареометр. Сначала жидкости смешивают в одинаковой пропорции, получая раствор ёмкостью около 1.4 г/см 3 , 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/см 3 при цене деления шкалы не более 0.005 г/см 3 . 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/см 3 . То есть, если электролит нагрелся до 30º С, его плотность выросла на 0.007 г/см 3 .

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.

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.

Так, для Крайнего Севера, где зимой возможны 50-градусные морозы, плотность должна соответствовать значению 1.27 г/см 3 , причём после заливки и зарядки батареи она поднимется до 1.29 г/см 3 . В средних широтах делаем электролит плотностью 1.28 г/см 3 .

Как и плотность, пропорции состава электролита для аккумуляторов будут зависеть от региона. Так, для юга, чтобы получить плотность 1.24 г/см 3 , 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.

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/см 3. . 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/см 3 .

Приведём распространённые рецепты приготовления щелочного электролита:

для плотности в пределах 1.17–1.19 г/см 3 необходимо взять на одну часть щёлочи четыре части дистиллированной воды;
плотность 1.19–1.21 г/см 3 достигается при пропорциях 1 часть щелочи к двум частям воды;
плотность 1.27 г/см 3 , 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.

Другие виды электролитов

Гелевые батареи и AGM аккумуляторы также используют электролит, но самостоятельно приготовить его или долить/поменять не получится. Так, в гелевых АКБ используется загущённый электролит, получить который в домашних условиях с необходимыми характеристиками вряд ли возможно. Восстановление плотности таких батарей производится только доливкой воды, которая после правильной зарядки (несколькими циклами с использованием малых токов) частично восстанавливает ёмкость батареи.

Меры предосторожности

Материалы для приготовления

5-литровая емкость из керамики, полиэтилена, хлорвинила ли эбонита
эбонитовая палка или из другого материала, не поддающегося действию кислот и щелочи
опрокидывающаяся лейка
приборы для определения температуры, плотности жидкости и уровня
аккумуляторная батарея
дистиллированная вода
аккумуляторная серная кислота.

Советы по приготовлению

Затем нужно определиться с количеством дистиллированной воды, для этого используют специальные таблицы.

Приготовление

Читайте также: