В аккумуляторах кислота: Какая кислота в аккумуляторе автомобиля и какова ее плотность

Содержание

Кислотные аккумуляторы: конструкция, характеристики

            Аккумулятор — источник питания, в котором при разряде энергия химической реакции преобразовывается в электрическую, а при заряде — наоборот. Главное отличие от обычной батареи – это возможность восстановления энергии методом повторной зарядки. Для заряда нужно подключить постоянный ток в направлении, обратном разряду.

            Кислотные аккумуляторы были изобретены в 19 веке, но до сих пор являются самыми востребованными в мире благодаря невысокой стоимости и высокой степени эффективности. Устройство состоит из корпуса, двух разнополярных электродов, помещенных в электролит – раствор кислоты, от этого получено название – кислотные батареи (АКБ — Аккумуляторные Кислотные Батареи). По материалу, из которого изготовлены электроды, их еще называют свинцово-кислотные.

кислотные аккумуляторы_1

Как работают?

            Основой работы аккумулятора является электрохимический процесс взаимодействия свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты. При включении нагрузки на электроды происходит химическая реакция диоксида свинца с серной кислотой H2SO4, а также реакция окисления свинца до сульфата свинца. В процессе разряда на катоде («-») идет восстановление диоксида свинца, на аноде («+») — окисление свинца. Во время зарядки происходят обратные химические реакции и электролиз воды с выделением кислорода на аноде, водорода на катоде.

Реакции взаимодействия, протекающие в аккумуляторе, можно описать двумя формулами:

  1. PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O – разряд.
  2. 2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4 — заряд.

            При разрядке идет процесс образования сульфата свинца в активных массах анода и катода, расходование серной кислоты H2SO4 и снижение плотности электролита. Во время зарядки происходят обратные реакции, идет образование серной кислоты, повышается плотность электролита. Окончание процесса заряда характеризуется завершением преобразования веществ на электродах, прекращением изменения электролита. Если продолжать зарядку, то возникает нежелательная реакция разложения воды (электролиз), идет выделение кислородных и водородных пузырьков в электролите, происходит иллюзия закипания. Если это произошло, необходимо добавить в аккумулятор дистиллированной воды для восстановления ее в электролите.

Конструкция

            Кислотные батареи уже более ста лет не меняются по своему основному внутреннему устройству.

            В конструкцию аккумуляторных батарей входят:

  1. Электроды – в виде плоских решеток из свинца, в ячейки запрессован порошок диоксид свинца (PbO2) на аноде, порошок металлического свинца (Pb) — на катоде.
  2. Сепаратор — пористый диэлектрик, разделяет между собой электроды, препятствуя замыканию.
  3. Электролит — разбавленная водой (дистиллированной) серная кислота H2SO4, в нее помещены электроды и сепаратор. Максимальная электропроводность достигается при температуре 20оС, концентрации серной кислоты – 35 %, что означает плотность электролита 1,26 г/см³. Внутренне сопротивление при этом минимально, потери внутри устройства существенно малы. В местах с низкотемпературным климатом возможно повышение плотности раствора до 1,29 г/см³ – 1,31 г/см³. Увеличение концентрации кислотного раствора препятствует замерзанию электролита, образованию льда внутри корпуса, который может повредить электроды и разорвать аккумулятор.

Основные характеристики, параметры

  1. Емкость (номинальная) — количество электрической энергии, которое могут дать кислотные батареи, измерение происходит в момент разряда, при нагрузке маленьким током потребления, единицы измерения— А*ч.
  2. Стартерный ток – показывает способность АКБ отдавать большие токи при температуре — 18оС на протяжении половины минуты.
  3. Емкость(резервная) — показывает временной промежуток, на протяжении которого кислотные батареи отдают ток 25 А до величины напряжения 10,5 В.
  4. Нижнее значение напряжения разряженной АКБ — 1,75 — 1,8 V.
  5. Температурный рабочий диапазон — – 40ос — + 40оС.

Разновидности

            По режиму работы кислотные батареи можно разделить на три группы:

  1. Циклический — принцип работы происходит по циклу – полный разряд — полный заряд, периодически отключается от источника питания. Считается наиболее жестким режимом, количество циклов стопроцентной разрядки ограничено.
  2. Буферный — широко используемый режим, щадящий для АКБ, при нем не допускается полного разряда, характерно постоянное подключение к источнику питания.
  3. Смешанный — комбинация буферного и циклических режимов, но большая часть времени работы проходит в буферном.

            Самые распространенные кислотные батареи, представленные на рынке, можно разделить на виды:

ВидОбслуживаниеОписаниеВольтаж, V
Lead-AcidОбслуживаемыеАвтомобильные АКБ, бывают: малосурьмянистые, сурьмянистые, кислотно-кальциевые, гибридные.612
AGM VRLAНе требуют обслуживанияСепараторы изготовлены из стекловолокна, циклический и буферный режим работы.24612
VRLAНе требуют обслуживанияГерметичный корпус, бывают кальциевые, не выделяют газов, используются в буферном режиме.24612
GEL VLRAНе требуют обслуживанияВ качестве электролита — селикагель, что продлевает срок службы АКБ, буферный режим эксплуатации.24612243648
OPzVНе требуют обслуживанияЭлектроды трубчатой конструкции, устойчивы к полному разряду, срок службы — около 22 лет.2

Применение

  1. Автотранспорт — кислотные батареи используются как стартерные батареи.
  2. Компьютерная техника — источники бесперебойного питания (ИБП) позволяют сохранить информацию в случае аварийного отключения электричества.
  3. Промышленное производство — кислотные батареи используются как источники резервного питания.

Зарядка и общие рекомендации

  1. Зарядку необходимо проводить при температуре 20оС.
  2. Ток заряда не должен превышать 10 % номинального значения емкости АКБ.
  3. Для использования в транспортных средствах кислотные батареи при низких температурах, лучше применять с системой внутреннего электроподогрева, т. к. емкость устройства теряется на 1% при снижении температуры на 1оС.
  4. Не рекомендуется хранить кислотные батареи при температуре выше 30оС, либо разряженными, предварительно АКБ должны быть полностью заряжены.
  5. Хранение зимой лучше организовать на холоде, т. к. процесс саморазряда будет минимален, и на плюсовую клемму необходимо предварительно нанести солидол.
  6. Перед использованием, кислотные батареи нужно занести в помещение с температурой 20оС на 8-10 часов для приведения в рабочее состояние.

 

Batareykaa.ru

Чем опасен электролит для человека

Химические реакции внутри аккумулятора происходят в среде электролита, который обеспечивает движение заряженных частиц к электродам.

Какие электролиты используются в АКБ?

аккумуляторный электролит
Электролит может находиться в аккумуляторе в жидком или гелеобразном состоянии.
В первом случае он представляет собой раствор серной кислоты либо щелочи в дистиллированной воде. Гелевые аккумуляторы также используют раствор серной кислоты, который с помощью специальных добавок переводится в гель.

Наибольшее распространение имеют свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторные батареи. Щелочи используются реже – преимущественно в никель-кадмиевых или никель-железных источниках электропитания автомобиля.

Чем опасен электролит аккумуляторной батареи?

Любое из указанных химически агрессивных веществ является опасным для человека, требует осторожного обращения и соблюдения специальных мер безопасности.

Людям, которым часто приходится иметь дело с автомобильными аккумуляторами, следует опасаться непосредственного контакта с опасной жидкостью:

  • попадание на открытые участки кожи;
  • вдыхание паров электролита;
  • попадание вещества в глаза;
  • случайное проглатывание жидкости и ее проникновение в пищеварительный тракт.

 

Какой вред можно нанести здоровью при неосторожном обращении с электролитом?

Соприкосновение раствора с кожей вызывает химический ожог, сопровождающийся покраснением, отечностью, появлению волдырей, формированию болезненных струпьев.

Человека, надышавшегося парами кислотного или щелочного раствора, будут беспокоить симптомы поражения слизистой оболочки дыхательных путей и органов:

  • кашель;
  • чихание;
  • сильное слюноотделение;
  • одышка;
  • падение кровяного давления;
  • бронхиальный спазм;
  • удушье;
  • судороги.

Попадание электролита в систему пищеварения способно сильно повредить слизистую пищевода, желудочно-кишечного тракта. При этом человек будет ощущать сильную боль, колики, его будет мучить рвота с кровяными выделениями.

Случайно попавшие в глаза брызги могут сильно обжечь роговицу и привести к частичной или полной утрате зрения.

Как можно уберечься от опасности?

Для предотвращения неприятностей автомобилистам, работникам станций техобслуживания, людям, осуществляющим прием автомобильных аккумуляторов, следует предпринимать совсем несложные меры:

  • быть предельно внимательными;
  • соблюдать рекомендации производителей аккумуляторов относительно условий их эксплуатации, ремонта и утилизации;
  • придерживаться элементарных правил техники безопасности;
  • пользоваться средствами индивидуальной защиты.

Первая помощь при попадании электролита в организм человека

Хорошими средствами, нейтрализующими кислоту, являются всем доступные сода и нашатырный спирт (раствор). На щелочные растворы воздействуют с помощью лимонной и уксусной кислоты. Если при работе с аккумулятором не удалось избежать попадания электролита на кожу, то следует немедленно обработать пораженный участок каким-либо из перечисленных веществ, после чего не менее 15 минут подержать его под струей чистой воды.

Глаза при несчастном случае нужно сразу промыть большим количеством воды, после чего немедленно обратиться к врачу.

При попадании химикатов в желудочно-кишечный тракт потребуется как можно быстрее сделать промывание желудка, обеспечить пострадавшему обильное питье.

В любом случае необходимо найти способ сразу же после происшествия обратиться за профессиональной врачебной помощью. Это поможет спасти не только здоровье, но и во многих случаях жизнь пострадавшего.

Какую кислоту заливают в аккумулятор автомобиля: серную, соляную или другую?

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

Какую кислоту заливают в аккумулятор - серная

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

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.

Кислота в АКБ авто

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

Процесс приготовления электролита для АКБ авто

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.

Какую кислоту заливают в аккумулятор

Большинство водителей никогда в жизни не задумывались, какую кислоту добавляют в аккумулятор авто и зачастую высказывают неправильные догадки. Одни скажут, что там вода, другие назовут соляную кислоту, поэтому мы расставим все точки над «и». В аккумуляторах применяется смесь серной кислоты и дист. воды. Знакомьтесь, это электролит.

На практике встречаются устройства, где в роли электролита выступает щелочь (никель-кадмиевые аккумуляторы). Также есть несколько гелевых устройств, но по факту гель – это та же самая кислота, находящаяся в другом состоянии или пропитывающий стекловолоконные частицы.

Она применяется в промышленном изготовлении АКБ для авто. Обычно, электролит — это 35% серной кислоты и 65% дист. воды. Заливать любую другую воду категорически запрещается, поскольку она содержит соли, которые существенно сократят срок работы АКБ.

Концентрированная серная кислота производится в 2 стадии. В первой её концентрацию доводят до 65-70%, а во второй – до 98%. Это необходимо для того, чтобы увеличить срок хранения кислоты. Вероятно даже повышение концентрации до 99%, но из-за потерь SO3 значение все равно будет снижено до 98 процентов.

Как сделать электролит в домашних условиях?

Рекомендуем купить его в магазине, но его можно сделать и своими руками.

Нам потребуются:                                                      

  • Дистиллированная вода;
  • Серная кислота;
  • Емкость из стекла, керамики или свинца, устойчивая к кислотам;
  • Эбонитовая палочка.

Чтобы сделать электролит надо залить воду в специальную емкость и добавить туда серную кислоту в пропорции 3:1. Тщательно перемешать смесь эбонитовой палочкой. Вещество плотно накрыть и оставить на 1 день до выпадения осадка.

Плотность приготовляемого электролитаТаблица  для расчета приготовляемого электролита

Необходимо сказать, что превышения в допустимой концентрации электролита может привести к самым неприятным последствиям. От чрезмерно концентрированного вещества пластины аккумулятора очень быстро «разъест», что в кратчайшие сроки вызовет выход аккумулятора из рабочего состояния.

Как правильно смешивать кислоту для электролитаВ дист вода добавляем кислоту, а не наоборот

А вот слишком низкий уровень плотности вещества может очень быстро вызывать сульфатацию. Наверняка вы знаете, что это такое. Нет? Это процесс оседания кристаллических осадков на пластинах, в результате чего аккумулятор теряет свои свойства и просто оказывается неспособным держать заряд долгое время.

Зачем нужен электролит?

Суть работы АКБ базируется на реакциях, проходящих только при помощи этого вещества. Батарея состоит из плюсовых и минусовых пластинок, погружаемых в кислотный раствор. Эти пластины оснащены токоотводными решетками, сделанными из свинца.

Как проконтролировать состояние электролита?

Держать под контролем состояние электролита нужно. Для контроля сгодится пластмассовый корпус от обычной пластиковой ручки. Открываем пробки и погружаем его к пластинам, после чего зажимаем сверху и вынуть. Идеальный уровень – 10-12 мм. Если надо, дольем электролит.

Замер уровня электролитаИзмерение уровня электролита в АКБ

Очень важно следить за временем года и параметрами раствора в соответствии с ним. Можно существенно продлить жизнь батареи, если использовать растворы с разными параметрами в разное время. К примеру, слишком концентрированное вещество в летнее время деструктивно воздействует на АКБ. Высокая плотность увеличивает энергопотери, а серный ангидрид может полностью разрушить электроды устройства.

Срок эксплуатации электролита

У такого электролита нет срока эксплуатации. Данный критерий может быть определен только по способности выполнения своих функций на 100%. Среди факторов, которые могут повлиять на жизненный цикл электролита, важнейшими являются:

  • Плотность;
  • Температуру работы аккумулятора;
  • Заряд.

Если все показатели в норме, то и электролит не будет тревожить Вас годами.

Как увеличить плотность вещества?

Увеличить плотность можно при повышении температуры и гидролиза. Также важно постоянно добавлять дистиллят для поддержания показателей на нормальном уровне. Если же концентрация кислоты ниже 1,275 грамм на сантиметр кубический, её нужно поднять.

Таблица корректировки плотности электролита а АКБКорректировка плотности электролита в АКБ

Повысить такой уровень можно 2-мя способами: сменой содержимого или доливом концентрированной кислоты.

Если разбавлять жидкость, то необходимо совершить определенные действия для всех банок:

  • Откачать максимум электролита при помощи шприца;
  • Внести в банку половину от его объема;
  • Подать нагрузку с низкой мощностью для смешивания жидкости.
  • Если изменений в уровне нет, добавляем во вторую половину электролит и получаем идеальную плотность.

Кислота – вредная субстанция для кожи. Использование резиновых перчаток, фартука и защитных очков при работе с этим веществом категорически обязательно!

Как заливать и доливать кислоту?

Электролит заливается при помощи трубки до 15 мм над пластинками батареи. Затем оставляем аккумулятор на 2 часа для остывания и заряжаем током в 10 раз меньшим от объема АКБ.

Ключевые характеристики надо проверять пару раз в году с помощью особого прибора и не пропускать проверки.

При смешивании дистводы с кислотой, важно добавлять именно кислоту в воду, так как в обратном случае есть вероятность активации бурной реакции вещества с тепловыделением, доведением её до состояния кипения.

Внимательно соблюдайте все вышеперечисленные рекомендации и АКБ будет служить очень долгое время!

Сдать старый АКБ за деньги вы сможете в нашей фирме, тарифы на приём акумуляторов на этой странице.

Аккумуляторная кислота | Статья о кислоте для аккумуляторов в The Free Dictionary

H 2 SO 4 , сильная двухосновная кислота, соответствующая высшей степени окисления серы (+ 6). В обычных условиях серная кислота представляет собой тяжелую маслянистую жидкость без цвета и запаха. В промышленности смеси серной кислоты с водой и триоксидом серы также называют серной кислотой. Если молекулярное соотношение SO 3 : H 2 O меньше 1, смесь представляет собой водный раствор серной кислоты; если больше 1, смесь представляет собой раствор SO 3 в серной кислоте.

Физико-химические свойства . При концентрации 100% серная кислота (моногидрат, SO 3 · H 2 O) кристаллизуется при 10,45 ° C, кипит при 296,2 ° C и имеет плотность 1,9203 г / см 3 и теплоемкость 1,62 Дж / г • ° К. H 2 SO 4 смешивается с водой и SO 3 во всех пропорциях, образуя соединения

H 2 SO 4 · 4H 2 O (точка плавления [т. Пл.] — 28 .36 ° C)

H 2 SO 4 · 3H 2 O (т.пл. -36,31 ° C)

H 2 SO 4 · 2H 2 O (т.пл. -39,60 ° C)

H 2 SO 4 · H 2 O (т.пл.8,48 ° C)

Соединения H 2 SO 4 · SO 3 (H 2 S 2 O 7 , дисерная или пиросерная кислота, т.пл.35,15 ° C) и H 2 SO 4 · 2SO 3 (H 2 S 3 O 10 , трисерная кислота, т.пл. 1.20 ° C). При нагревании и кипении водных растворов серной кислоты, содержащих до 70 процентов, в паровую фазу выделяется только водяной пар. H 2 S0 4 . Над более концентрированными растворами образуются пары серной кислоты. 98,3-процентный раствор H 2 SO 4 (азеотропная смесь) при кипячении (336,5 ° C) полностью перегоняется. Серная кислота, содержащая более 98,3% H 2 SO 4 , выделяет пары SO 3 при нагревании.

Концентрированная серная кислота — сильный окислитель. Он окисляет HI и HBr до свободных галогенов, а при нагревании окисляет все металлы, кроме Au и платиновых металлов (за исключением Pd). На холоде концентрированная серная кислота пассивирует многие металлы, включая Pb, Cr, Ni, сталь и чугун. Разбавленная серная кислота реагирует со всеми металлами (кроме Pb), которые выше водорода в ряду электродвижущей силы, например,

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Как сильная кислота, серная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей, например борную кислоту из буры:

Na 2 B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O = Na 2 SO 4 + 4H 3 BO 3

При нагревании вытесняет более летучие кислоты, например,

NaNO 3 + H 2 SO 4 = NaHSO 4 + HNO 3

Серная кислота удаляет воду, которая химически связана с органическими соединениями, содержащими ОН или гидроксильные группы.Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к образованию этилена или диэтилового эфира. Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и других углеводов при контакте с серной кислотой также происходит из-за обезвоживания этих веществ. В качестве двухосновной кислоты серная кислота образует два типа солей: сульфаты и бисульфаты.

Производство . Первые описания купоросного масла, то есть концентрированной серной кислоты, дал итальянский ученый В.Бирингуччо в 1540 году и немецкий алхимик, чьи работы были опубликованы под именем Базилиуса Валентина в конце 16 — начале 17 веков. К 1690 году французские химики Н. Лемери и Н. Лефевр заложили основу первого промышленного метода получения серной кислоты, который применялся в Англии в 1740 году. Согласно этому методу смесь серы и селитры сжигалась в печи. ковш подвешен в стеклянной банке, содержащей определенное количество воды. Образовавшийся SO 3 прореагировал с водой с образованием серной кислоты.В 1746 году Дж. Робак в Бирмингеме заменил стеклянные сосуды камерами из листового свинца, заложив тем самым основу для камерного процесса производства серной кислоты. Непрерывное совершенствование процесса производства серной кислоты в Великобритании и Франции привело в 1908 году к созданию первой башенной системы. В СССР первая башенная установка была введена в эксплуатацию в 1926 году на Полевском металлургическом заводе на Урале.

Сырьем для производства серной кислоты может быть сера, пирит (FeS 2 ) или отходящие газы, содержащие SO 2 , из печей для окислительного обжига сульфидных руд Cu, Pb, Zn и др. металлы.В СССР больше всего серной кислоты получают из пирита. Здесь FeS 2 сжигается в печах в состоянии псевдоожиженного слоя, состояние достигается за счет продувки быстрого потока воздуха через слой тонко измельченного пирита. Полученная газовая смесь содержит SO 2 , O 2 , N 2 , примеси SO 3 и пары H 2 O, As 2 O 3 , SiO . 2 и удерживает значительное количество золы, которая удаляется из газа в электрофильтрах.

Серную кислоту получают из SO 2 азотистым (башенным) и контактным способами. Превращение SO 2 в серную кислоту азотистым методом осуществляется в цилиндрических производственных башнях высотой 15 м и более, заполненных насадкой из керамических колец. Азотистый купорос — смесь разбавленной серной кислоты и нитрозилсерной кислоты (NOOSO 3 H) распыляется сверху в восходящий поток газов. Нитрозилсерная кислота образуется по реакции

N 2 O 3 + 2H 2 SO 4 = 2NOOSO 3 H + H 2 O

Окисление SO4 2

оксидами азота возникает в растворе после поглощения SO 2 азотистым купоросом.Смесь гидролизуют водой:

NOOSO 3 H + H 2 O = H 2 SO 4 + HNO 2

Диоксид серы, поступающий в колонну, вступает в реакцию. с водой с образованием серной кислоты:

SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3

Реакция HNO 2 с H 2 SO 3 приводит к образованию серной кислоты:

2HNO 2 + H 2 SO 3 = H 2 SO 4 + 2NO + H 2 O

Образовавшийся NO превращается в окислительной башне в N 2 O 3 или, точнее, в смесь NO и NO 2 .Затем газы вводятся в абсорбционные башни, где они сталкиваются с серной кислотой, подаваемой сверху. Именно здесь получают азотистый купорос; затем смесь переносится в производственные башни. Таким образом, происходит непрерывное производство и циркуляция оксидов азота. Неизбежные потери оксидов азота с выхлопными газами компенсируются добавлением HNO 3 .

Серная кислота, полученная азотным способом, имеет недостаточную концентрацию и содержит, например, вредные примеси.Так как. Производство сопровождается выбросом в атмосферу оксидов азота («лисьих хвостов», названных по цвету NO 2 ).

Принцип контактного процесса производства серной кислоты был открыт в 1831 году П. Филлипсом в Великобритании. Первым катализатором была платина. В конце 19 века и начале 20 века было обнаружено, что окисление SO 2 до SO 3 может быть ускорено пятиокиси ванадия (V 2 O 5 ).Исследования советских ученых А. Е. Ададурова, Г. К. Борескова и Ф. Н. Юшкевича сыграли важную роль в определении действия и выборе ванадиевых катализаторов. Современные заводы по производству серной кислоты построены для работы в контактном режиме. В качестве основы катализатора используются оксиды ванадия с добавками SiO 2 , AI 2 O 3 , K 2 O, CaO и BaO в различных пропорциях. Все материалы, контактирующие с ванадием, вступают в реакцию только при температурах выше ~ 420 ° C.В контактном аппарате газ обычно проходит через четыре или пять ярусов контактного материала. При производстве серной кислоты контактным способом окисляемый газ сначала подвергается удалению примесей, которые могут отравить катализатор. As, Se и следы пыли удаляются в промывных башнях, в которых происходит противоточная струйка серной кислоты. Туман серной кислоты, образующийся из SO 3 и H 2 O, присутствующих в газовой смеси, удаляется в мокрых электрофильтрах.Пары H 2 O абсорбируются концентрированной серной кислотой в сушильных башнях. Затем смесь SO 2 и воздуха проходит через катализатор (контактный материал) и окисляется до SO 3 :

Затем триоксид серы абсорбируется водой в разбавленном виде H 2 SO 4 :

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

В зависимости от количества воды, вводимой в процесс, олеум или раствор серной кислоты в воде получается.

В 1973 году производство серной кислоты (в моногидрате) составляло (в миллионах тонн): 14,9 в СССР, 28,7 в США, 7,1 в Японии, 5,5 в ФРГ, 4,4 во Франции, 3,9 в Великобритании, 3,0 в Италии, 2,9 в Польше, 1,2 в Чехословакии, 1,1 в ГДР и 0,9 в Югославии.

ПРИМЕНЯТЬ . Серная кислота — один из важнейших продуктов тяжелой химической промышленности. Доступные марки: камерная кислота (не менее 75 процентов H 2 SO 4 ), купоросное масло (не менее 92.5 процентов), олеум или дымящая серная кислота (раствор 18,5–20 процентов SO 3 в H 2 SO 4 ), а также особо чистая аккумуляторная кислота (92–94 процента; когда разбавленный водой до 26–31%, он служит электролитом в свинцовых батареях). Кроме того, серная кислота «чистая» (92–94%) производится контактным способом в кварцевом или платиновом аппарате. Сила серной кислоты определяется плотностью, которую измеряют ареометром.Большая часть камерной кислоты используется при производстве минеральных удобрений. Серная кислота используется в производстве, например, фосфорной, соляной, борной и плавиковой кислот из-за ее способности вытеснять эти кислоты из их солей. Концентрированная серная кислота используется для отделения сероорганических соединений и непредельных органических соединений от нефтепродуктов. Разбавленная серная кислота используется для удаления накипи с проволоки и листов перед покрытием оловом или цинком и для травления металлических поверхностей перед покрытием хромом, никелем или медью.Применяется в металлургии для разложения сложных руд, в частности урана. В органическом синтезе концентрированная серная кислота является необходимым компонентом нитрующих смесей и сульфирующим агентом при производстве многих красителей и фармацевтических препаратов. Благодаря высокой гигроскопичности серная кислота используется в осушающих газах и при концентрировании азотной кислоты.

Меры безопасности . Ядовитые газы — SO 2 и NO 2 — а также пары SO 3 и H 2 SO 4 представляют опасность при производстве серной кислоты.Поэтому необходима надлежащая вентиляция и герметичное производственное оборудование. Поскольку серная кислота вызывает серьезные ожоги кожи, обращение с ней требует особой осторожности и средств защиты (защитные очки, резиновые перчатки, фартуки, ботинки). При разбавлении серной кислоты кислоту необходимо влить в воду тонкой струйкой при перемешивании. Вливание воды в кислоту приводит к разбрызгиванию из-за выделения большого количества тепла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Справочник сернокислотчика , 2-е изд.Под редакцией К. М. Малина. М., 1971.
Малин К.М., Аркин Н.Л., Боресков Г.К., Слинько М.Г. Технология серной кислоты . Москва, 1950.
Боресков Г.К. Катализ в производстве серной кислоты . Москва-Ленинград, 1954.
Амелин А.Г., Яшке Э.В. Производство серной кислоты . М., 1974.
Лукьянов П.М. Краткая история химической промышленности СССР . Москва, 1959.

.Свинцово-кислотные батареи

Характеристики

Свинцово-кислотные батареи

были изобретены в 1859 году Гастоном Планте и впервые продемонстрированы Французской академии наук в 1860 году. Они остаются технологией выбора для автомобильных приложений SLI (запуск, освещение и зажигание), поскольку они надежны, устойчивы к неправильному обращению, испытаны. и проверено и по причине их невысокой стоимости.Однако для более мощных приложений с прерывистой нагрузкой свинцово-кислотные батареи, как правило, слишком большие и тяжелые, и они страдают от более короткого срока службы и типичной полезной мощности, которая снижается до 50% глубины разряда (DOD). Несмотря на эти недостатки, свинцово-кислотные батареи по-прежнему используются для приложений PowerNet (мощность 36 В, 2 кВтч) из-за их стоимости, но, вероятно, это предел их применимости, и никель-металл-гидридные и литий-ионные батареи все больше проникают на этот рынок. Для более высоких напряжений и циклических нагрузок исследуются другие технологии.

Свинцово-кислотные батареи состоят из катода из диоксида свинца, губчатого металлического свинцового анода и электролита из раствора серной кислоты. Этот элемент тяжелого металла делает их токсичными, и неправильная утилизация может быть опасной для окружающей среды.

Напряжение ячейки 2 Вольта

Отвод
Во время разряда диоксид свинца (положительная пластина) и свинец (отрицательная пластина) реагируют с электролитом серной кислоты с образованием сульфата свинца, воды и энергии.

Заряд
Во время зарядки цикл меняется на противоположный: сульфат свинца и вода электрохимически преобразуются в свинец, оксид свинца и серную кислоту с помощью внешнего источника электрического заряда.

Многие новые конкурентоспособные химические составы ячеек разрабатываются для удовлетворения требований автомобильной промышленности к приложениям EV и HEV.

Даже спустя 150 лет после изобретения свинцово-кислотные аккумуляторы продолжают совершенствоваться, и, несмотря на их недостатки и конкуренцию со стороны более новых химических элементов, свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему удерживают львиную долю рынка мощных аккумуляторов.

Преимущества

Низкая стоимость.

Надежный. Более 140 лет разработки.

Прочный. Терпимый к злоупотреблениям.

Устойчив к перезарядке.

Низкое внутреннее сопротивление.

Может обеспечивать очень высокие токи.

Неограниченный срок хранения при хранении без электролита.

Можно оставить на непрерывной или постоянной подзарядке в течение длительного времени.

Доступен широкий диапазон размеров и мощностей.

Многие поставщики по всему миру.

Самый переработанный продукт в мире.

Недостатки

Очень тяжелый и громоздкий.

Типичная кулоновская эффективность заряда составляет всего 70%, но может достигать 85–90% для специальных конструкций.

Опасность перегрева при зарядке

Не подходит для быстрой зарядки

Типичный срок службы от 300 до 500 циклов.

После введения электролита необходимо хранить в заряженном состоянии во избежание порчи активных химикатов.

Газообразование — это образование и выделение пузырьков водорода и кислорода из-за разложения воды в электролите во время процесса зарядки, в частности, из-за чрезмерной зарядки, вызывающей потерю электролита.В больших аккумуляторных установках это может вызвать взрывоопасную атмосферу в аккумуляторной. Из-за потери электролита свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо регулярно доливать водой. Однако герметичные батареи предназначены для удержания и рекомбинации этих газов. (См. VRLA ниже)

Сульфатирование может возникнуть, если аккумулятор хранится в течение длительных периодов времени в полностью разряженном состоянии или в состоянии очень низкого заряда, или
если он никогда не заряжается полностью или уровень электролита стал чрезмерно низким из-за чрезмерной потери воды из-за перезарядки и / или испарения.Сульфатирование — это увеличение внутреннего сопротивления батареи из-за образования крупных кристаллов сульфата свинца, которые не могут быстро превратиться обратно в свинец, диоксид свинца и серную кислоту во время перезарядки. В крайних случаях крупные кристаллы могут вызвать перекос и замыкание пластин. Иногда сульфатацию можно исправить очень медленной зарядкой (при низком токе) при более высоком, чем обычно, напряжении.

Полная разрядка аккумулятора может вызвать непоправимый ущерб.

Отслаивание или потеря материала с пластин может произойти из-за чрезмерной скорости заряда или чрезмерной цикличности. В результате на дне ячейки появляются куски свинца и дыры в пластинах, от которых нет лекарства.

Это более вероятно в батареях SLI, пластины которых состоят из свинцовой «губки», внешне похожей на очень мелкую поролоновую губку. Это дает очень большую площадь поверхности, позволяющую обрабатывать большую мощность, но при глубоком цикле эта губка быстро израсходуется и упадет на дно ячеек.

Токсичные химические вещества

Очень тяжелый и громоздкий

Свинцово-кислотные батареи

могут работать при температурах ниже -45 ° C, однако, как и все батареи, скорость разряда и эффективная емкость снижаются при низких температурах. В случае свинцово-кислотных аккумуляторов емкость падает примерно на 1% на градус при температурах ниже +20 ° C, так что при самых низких температурах мощность запуска серьезно снижается.

Разложение электролита Ячейки с загущенным электролитом склонны к ухудшению качества электролита и неожиданному выходу из строя. Такие ячейки обычно используются для аварийных приложений, таких как резервное копирование ИБП в случае потери сетевого питания. Чтобы не быть застигнутым врасплох ненадежной батареей в аварийной ситуации, рекомендуется включить в батарею какую-либо форму регулярного самотестирования.

Зарядка

Зарядите сразу после использования.

Длится дольше при частичных разрядах.

Метод зарядки: постоянное напряжение с последующей подзарядкой.

Быстрая зарядка невозможна, но время зарядки можно сократить с помощью метода управления зарядкой V Taper.

Приложения

Автомобильные и тяговые приложения.

Резервное / резервное / аварийное питание для электрических установок.

Подводные лодки

ИБП (источники бесперебойного питания)

Освещение

Приложения с большим током утечки.

Герметичные батареи, доступные для использования в переносном оборудовании.

Сетевой накопитель энергии

Стоимость

Низкая стоимость

Залитые свинцово-кислотные элементы — один из наименее дорогих источников питания от батарей.

Ячейки с глубоким циклом могут стоить в два раза дороже эквивалентных затопленных ячеек.

Разновидности свинцово-кислотных аккумуляторов

На протяжении многих лет производители аккумуляторов вводили ряд добавок, таких как кальций, сурьма и селен, для улучшения различных параметров производительности аккумуляторов. По той же причине были разработаны различные конструкции элементов и батарей для оптимизации различных аспектов работы батарей.

Свинцово-кальциевые батареи

Свинцово-кислотные батареи с электродами, модифицированными добавлением кальция, обеспечивающие следующие преимущества:

  • Более устойчив к коррозии, перезарядке, выделению газов, использованию воды и саморазряду, что сокращает срок службы батареи.
  • Увеличенная зона запаса электролита над пластинами.
  • Более высокие характеристики усилителя холодного пуска.
  • Небольшое обслуживание или его отсутствие.

Свинцово-сурьмянистые батареи

Свинцово-кислотные батареи с электродами, модифицированными добавлением сурьмы, обеспечивающие следующие преимущества:

  • Повышенная механическая прочность электродов — важна для электромобилей и глубокого разряда
  • Снижены внутренние потери тепла и воды из-за выделения газов, однако потеря воды по-прежнему превышает эквивалентную потерю в свинцово-кальциевых батареях.
  • Срок службы больше, чем у кальциевых батарей.
  • Полностью разряженный аккумулятор легче заряжается.
  • Более низкая стоимость.

Свинцово-сурьмянистые батареи имеют более высокую скорость саморазряда от 2% до 10% в неделю по сравнению с 1% до 5% в месяц для свинцово-кальциевых батарей.

Свинцово-кислотные батареи с клапаном регулирования (VRLA)
Также называются герметичными свинцово-кислотными ( SLA ) батареями.

Эта конструкция предназначена для предотвращения потерь электролита из-за испарения, утечки и выделения газов, что, в свою очередь, продлевает срок службы батареи и упрощает техническое обслуживание. Вместо простых вентиляционных колпачков на ячейках, позволяющих выходить газу, VRLA имеет напорные клапаны, которые открываются только в экстремальных условиях. Батареи с регулируемым клапаном также нуждаются в электролитной конструкции, которая снижает газообразование, препятствуя выбросу в атмосферу кислорода и водорода, образующихся в результате гальванического действия батареи во время зарядки.Обычно это связано с катализатором, который заставляет водород и кислород рекомбинировать в воду и называется рекомбинантной системой. Поскольку исключается проливание кислотного электролита, батареи также более безопасны.

AGM Батарея из абсорбированного стеклянного коврика

Также известен как Absorptive Glass Micro-Fiber

Используемый в батареях VRLA мат из стекловолокна силиката бора, который действует как разделитель между электродами и поглощает свободный электролит, действуя как губка.Его цель — способствовать рекомбинации водорода и кислорода, выделяемых в процессе зарядки. Никакого силикагеля не требуется. Мат из стекловолокна поглощает и фиксирует кислоту в мате, но сохраняет ее в жидкой, а не гелевой форме. Таким образом, кислота становится более доступной для пластин, обеспечивая более быстрые реакции между кислотой и материалом пластины, обеспечивая более высокие скорости заряда / разряда, а также глубокие циклы.

Эта конструкция очень прочная и способна выдерживать сильные удары и вибрацию, а элементы не протекают, даже если корпус треснет.

Аккумуляторы

AGM также иногда называют «нехваткой электролита» или «сухим», поскольку стекловолоконный мат только на 95% насыщен серной кислотой и в нем нет лишней жидкости.

Практически все аккумуляторы AGM имеют герметичный регулируемый клапан «VRLA».

AGM имеют очень низкий уровень саморазряда от 1% до 3% в месяц

Гелевая ячейка

Это альтернативная рекомбинантная технология, которая также используется в аккумуляторах VRLA, чтобы способствовать рекомбинации газов, образующихся во время зарядки.Это также снижает возможность проливания электролита. Склонен к повреждению, если допустить газообразование, поэтому скорость зарядки может быть ограничена. Их необходимо заряжать с меньшей скоростью (C / 20), чтобы избыток газа не повредил элементы. Их нельзя быстро зарядить с помощью обычного автомобильного зарядного устройства, иначе они могут выйти из строя.

Используется для ИБП.

SLI Батареи (пусковое освещение и зажигание)

Это типичный автомобильный аккумулятор.Автомобильные аккумуляторы предназначены для полной зарядки при запуске автомобиля; после запуска автомобиля потерянный заряд, обычно от 2% до 5% заряда, заменяется генератором, и аккумулятор остается полностью заряженным. Эти батареи не предназначены для разряда ниже 50% глубины разряда (DOD), и разряд ниже этих уровней может повредить пластины и сократить срок службы батареи.

Аккумуляторы глубокого разряда

Морское оборудование, багги для гольфа, вилочные погрузчики и электромобили используют батареи глубокого разряда, которые полностью разряжены перед подзарядкой.Поскольку зарядка вызывает чрезмерное нагревание, которое может деформировать пластины, для глубоких циклов используются более толстые и прочные или сплошные решетки пластин. Обычные автомобильные аккумуляторы не предназначены для многократного глубокого цикла и используют более тонкие пластины с большей площадью поверхности для достижения высокой допустимой нагрузки по току.

Автомобильные аккумуляторы обычно выходят из строя после 30-150 глубоких циклов при глубоком цикле, в то время как они могут длиться тысячи циклов при нормальном запуске (2-5% разряда).

Если аккумуляторы, предназначенные для глубокого цикла, используются в автомобилях, их размер должен быть увеличен примерно на 20%, чтобы компенсировать их более низкую допустимую нагрузку по току.

Свинцово-кислотные батареи улучшенного качества

Углеродное легирование электродов увеличивает срок службы и эффективность свинцово-кислотных аккумуляторов за счет резкого снижения накопления отложений сульфата свинца, которые ранее препятствовали их образованию.
производительность.

Ультра аккумулятор — иногда его называют Супер аккумулятор

Установка суперконденсатора в батарею действует как «буфер», улучшая ее быстродействующие характеристики заряда / разряда, так что устройство может успешно работать в пределах окна состояния заряда ниже 70 процентов. Прикрепив отдельный карбон
электрод к отрицательной свинцовой пластине, батарея приобретает некоторые характеристики суперконденсатора.Этот дополнительный электрод выдерживает очень высокие скорости заряда / разряда, тем самым освобождая исходный электрод со свинцовой пластиной от этой нагрузки и, таким образом, предотвращая утечку свинца, которая мешала свинцово-кислотным батареям и ограничивала их использование. Таким образом, сверхбатарея способна обеспечить гораздо более длительный срок службы, более чем в 10 раз превышающий срок службы батареи AGM.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *