4. Электролит и его приготовление
4.1.Электролит для свинцовых аккумуляторов
Электролитом для свинцовых аккумуляторов служит раствор серной кислоты.
Серная кислота является одним из важнейших химических соединений в силу большого разнообразия ее применения. В продаже она встречается под различными названиями в зависимости от ее крепости и чистоты. Камерная кислота представляет собой водный раствор, содержащий от 62 до 70% серной кислоты, в башенной кислоте процент кислоты колеблется от 75 до 82, в купоросном масле от 93 до 97%. Моногидрат содержит 100% кислоты. Максимальная крепость, какая может быть получена путем выпаривания, 98,5%. Дымящаяся кислота содержит серный ангидрид, растворенный в концентрированной серной кислоте. Для аккумуляторов важнейшее значение имеет химическая чистота растворов купоросного масла. Однако, учитывая, что термином «купоросное масло» иногда обозначают более загрязненные или технические сорта кислоты, включая коричневое купоросное масло, более правильно пользоваться термином «серная кислота», понимая под этим химически чистую кислоту.
Концентрированная серная кислота – прозрачная жидкость без цвета и запаха, имеющая консистенцию легкого масла. Удельный вес равен 1б84 при 15°С. Содержание в ней чистой кислоты около 95%. Она поддается смешиванию с водой во всех пропорциях. При смешивании кислоты с водой развивается большое количество тепла. Концентрированная кислота кипит при 338°С.
Сокращение объема раствора.
Если один объем серной кислоты смешивается с одним объемом воды, то объем полученного раствора (после охлаждения его до первоначальной температуры) не будет равен сумме двух первоначальных объемов, а будет несколько меньше. Тоже наблюдается и для любой другой пропорции смеси воды с кислотой. Сумма первоначальных объмов воды и кислоты больше, чем объем раствора.
Удельное сопротивление. Сопротивление прохождению электрического тока через электролит изменяется с концентрацией и температурой. Удельным сопротивлением, являющимся свойством самого вещества, называется сопротивление образца длиной в 1 см с поперечным сечением в 1 см2:
,
где R- сопротивление; ρ—удельное сопротивление; l— длина; s — поперечное сечение.
Зависимость эту можно написать иначе:
.
Удельные сопротивления электролитов, применяемых в аккумуляторах, находятся в границах минимальных удельных сопротивлений растворов серной кислоты.
Известно, что растворы, содержащие примерно 30% серной кислоты (удельный вес 1,223 при 15°С), имеют наименьшее сопротивление. Но только недавно стало известно, что за счет изменения соотношений количества кислоты и воды в растворе можно получить минимальные сопротивления и при других температурах. Например, при 30°С раствор наименьшего сопротивления содержит 31,5% серной кислоты, а при —25°С26,5%. Удельное сопротивление растворов серной кислоты быстро возрастает при понижениях температуры, особенно когда температура ниже нуля.
Удельное сопротивление электролита - один из важнейших факторов, определяющих сопротивление аккумулятора. Если внутреннее сопротивление аккумулятора не очень мало, то значительная часть полезной энергии теряется внутри самого аккумулятора.
Температура замерзания электролита меняется с его концентрацией или, иначе говоря, она изменяется в зависимости от состояния заряда батареи.
Удельный вес раствора - отношение веса раствора к весу такого же объема чистой воды при некоторой температуре.
Удельный вес электролита переносных батарей выше, чем стационарных, но выбор его определяется не только объемом и весом. Большую роль в определении правильной концентрации кислоты играют химические реакции, температура и характер службы батареи.
Основное требование заключается в том, чтобы концентрация была достаточной для обеспечения необходимого количества кислоты в данном пространстве внутри элемента с тем, чтобы можно было получить требуемую емкость.
Требования, предъявляемые к переносным элементам в отношении объема их и веса, не допускают больших количеств электролита. В стационарных элементах объем и вес не имеют такого большого значения.
Химические реакции, происходящие в элементе в течение того периода времени, пока он стоит без работы, определяют предел повышения концентрации кислоты. Местные реакции быстро возрастают с усилением концентрации кислоты. Особенно это относится к отрицательной пластине. Другой химической реакцией, возникающей в элементе, является действие электролита на сепараторы, изготовляемые из дерева. Слишком крепкая кислота разрушает эти сепараторы. Действие на сепараторы кислоты удельного веса 1,300 гораздо больше, чем кислоты удельного веса 1,250 и ниже. Работа батарей, заряжаемых и разряжаемых через частые промежутки времени, как, например, пусковых и осветительных или тяговых, не страдает серьезно от легких химических влияний, ведущих к образованию сульфата свинца. Что же касается батарей, заряжаемых менее часто, то они должны быть свободны от местных действий, насколько это возможно.
Химические реакции, происходящие внутри элемента, практически ограничивают высший предел концентрации удельным весом 1,300, и имеются тенденции использовать еще меньшие концентрации.
Температуры, при которых батареи работают в эксплуатации, имеют большое значение для выбора удельного веса. Батареи, работающие при низких температурах, как, например, автомобильные батареи в холодных климатах или батареи самолетов, требуют более высоких плотностей кислоты для того, чтобы они могли работать без замерзания электролита. С другой стороны, батареи, работающие в жарких климатах или на судах, проходящих через тропики, требует более низкого удельного веса в силу того, что при высоких температурах химическая активность увеличивается.
Концентрации кислоты для различных типов батарей при полном заряде должны быть приблизительно следующие:
Стационарные батареи........................... От 1,200 до 1,225
Тяговые батареи ......................................... ″ 1,260 ″ 1,280
Пусковые и осветительные батареи....... ″ 1,260 ″ 1,300
То же в тропиках ……………………..... ″ 1,200 ″ 1,230
Авиационные батареи................................ ″ 1,265 ″ 1,285
Осветительные батареи в поездах.......... ″ 1,210 ″ 1,230
Переносные батареи для
железнодорожной сигнализации............ ... 1,220
Контрэлементы............................................ ″ 1,210 ″ 1,250
