Как сделать электролит

Электролит — важнейшая составляющая аккумуляторной батареи: именно в нём идут токообразующие реакции, и без него аккумулятор не работает. От состава, плотности и чистоты электролита зависят и ёмкость с пусковым током, и срок службы батареи.

Сегодня электролит для большинства типов аккумуляторов продаётся готовым, но иногда его приходится готовить самостоятельно — например, при заливке сухозаряженной батареи или при замене электролита в щелочных аккумуляторах. Сделать это несложно, если соблюдать пропорции, порядок смешивания и меры безопасности. Сразу оговоримся: речь идёт только о кислотных и щелочных аккумуляторах. Электролит для литий-ионных батарей, а также для необслуживаемых АКБ (AGM, гелевых) в домашних условиях не готовят и не заливают.

Состав электролита

Электролит кислотных и щелочных аккумуляторов — это раствор активного вещества в дистиллированной воде. В зависимости от типа батареи активным веществом служат:

• серная кислота — для свинцово-кислотных аккумуляторов (стартерных, тяговых, стационарных);
• щёлочь — едкое кали (гидроксид калия, KOH) или едкий натр (гидроксид натрия, NaOH) — для щелочных аккумуляторов (никель-кадмиевых, никель-железных).

В щелочные АКБ часто вводят добавку едкого лития (гидроксида лития, LiOH): она повышает отдаваемую ёмкость и ресурс, особенно при повышенной температуре. А вот распространённое утверждение, что едкий литий служит электролитом в литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторах, неверно. Там электролит совсем другой — это раствор литиевой соли (чаще всего гексафторфосфата лития LiPF₆) в смеси органических растворителей. Воды он не содержит в принципе, крайне чувствителен к влаге и в быту не готовится.

Требования к компонентам

Нормальное протекание химических реакций предъявляет особые требования к компонентам электролита. Главное требование — высокая чистота. Примеси металлов (прежде всего железа, меди, марганца) и хлориды работают как катализаторы саморазряда и ускоряют разрушение пластин, поэтому чем чище реагенты, тем больше отдаваемая ёмкость и дольше срок службы аккумулятора.

Аккумуляторная серная кислота выпускается по ГОСТ 667-73: массовая доля моногидрата серной кислоты в ней 92–94%, остальное — вода. Содержание примесей нормируется жёстко: соли железа и марганца, мышьяк, хлориды допускаются на уровне тысячных и десятитысячных долей процента. Техническая кислота другого назначения для аккумуляторов не подходит, даже если по концентрации она похожа.

Внимание! Щёлочь для аккумуляторов поставляется и в сухом виде (чешуйки, гранулы, плав), и готовым раствором. Требования к её чистоте такие же строгие: едкое кали — по ГОСТ 9285-78, едкий натр — по ГОСТ 2263-79. Бытовые средства «для прочистки труб» в качестве щёлочи для АКБ не годятся: в них есть добавки и примеси.

С кислотой и щёлочью вопросов обычно не возникает: за чистоту отвечают производитель и продавец, а марка указана на упаковке. С водой сложнее — многие автолюбители не видят разницы между обычной водой и дистиллированной, хотя для аккумулятора она принципиальна.

Водопроводная вода содержит растворённые соли металлов и органические примеси. Кипячение убирает лишь часть солей жёсткости, остальное остаётся в воде без изменений. Для аккумулятора наиболее опасны соединения железа и хлориды: даже небольшое их количество резко усиливает саморазряд и ускоряет сульфатацию пластин. Поэтому водопроводная, колодезная, кипячёная и бутилированная «питьевая» вода для электролита не подходят.

Разводить активные вещества нужно только дистиллированной или деминерализованной водой — такой, как описана в ГОСТ 6709-72: солей в ней практически нет, остаток после испарения и удельная проводимость минимальны. Продаётся она в автомагазинах и аптеках и стоит недорого, так что экономить на ней смысла нет.

Плотность электролита

В аккумуляторы заливают растворы со строго определённой концентрацией. На практике её контролируют не химическим анализом, а по плотности: дистиллированная вода имеет плотность около 1,00 г/см³, а серная кислота (1,83 г/см³) и щёлочи заметно тяжелее, поэтому плотность раствора однозначно связана с содержанием активного вещества. Измеряют её простым прибором — ареометром (плотномером). Важно помнить, что плотность зависит от температуры: её принято приводить к 25 °С с поправкой примерно 0,0007 г/см³ на каждый градус (раствор теплее — поправку прибавляют, холоднее — вычитают), поэтому горячий свежеприготовленный электролит покажет заниженное значение. Подробнее о том, как замерять плотность, читайте в этой статье.

Количество исходных веществ

Чтобы получить электролит заданной плотности, компоненты отмеряют по таблице. Обратите внимание на разную логику строк: для кислотного электролита указано количество воды и кислоты на 1 литр готового раствора, а для щелочного — соотношение воды и сухой щёлочи. Температура замерзания кислотного электролита приведена приблизительно, для плотности, приведённой к 25 °С; для щелочных растворов в этой колонке указан не порог замерзания, а рекомендуемый диапазон температуры эксплуатации.

Точные пропорции щелочного электролита зависят от чистоты щёлочи, поэтому плотность готового раствора обязательно проверяют ареометром и доводят водой или концентрированным раствором. Для эксплуатации при высокой температуре (жаркий климат, горячие цеха) применяют раствор едкого натра плотностью 1,17–1,19 г/см³ с добавкой едкого лития 15–20 г на литр электролита; добавку вводят в виде моногидрата LiOH·H₂O в уже готовый остывший раствор. Литиевая добавка нужна и при обычных температурах: на чистом растворе KOH без неё аккумулятор быстрее теряет ёмкость.

Особенности технологии приготовления электролита

При самостоятельном приготовлении следует помнить следующее:

• плотность концентрированной кислоты (около 1,83 г/см³) и растворов щёлочи намного выше плотности воды;
• смешивание кислоты с водой и растворение щёлочи идут с выделением большого количества тепла — раствор может разогреться до 80–90 °С;
• кислоты и щёлочи разрушают большинство металлов, а концентрированная щёлочь вступает в бурную реакцию с алюминием и цинком, выделяя водород.

Отсюда следует, что посуда для приготовления электролита должна быть стойкой и к агрессивным веществам, и к нагреву. Лучше всего подходят стекло, фарфор и керамика без трещин и скола глазури, а также химически стойкий пластик — полиэтилен и полипропилен, но при условии, что раствор не разогреется до высоких температур. Нельзя использовать эмалированную посуду: через незаметные трещины и сколы эмали реагент доберётся до металла, и электролит загрязнится солями металлов. Не годятся также алюминиевая, оцинкованная, медная и луженая посуда, а нержавеющая сталь стойка к воде, но её стойкость к серной кислоте производитель не гарантирует. Посуду и мерную тару после работы с электролитом в быту больше не используют.

Важно! Перед тем как сделать электролит, отмерьте нужное количество компонентов заранее, по таблице. Доливать «на глаз» в процессе нельзя: исправить перелитую кислоту сложнее, чем правильно отмерить её с самого начала.

Приготовление кислотного электролита

Из-за высокой плотности кислоты и сильного разогрева порядок смешивания строго один: кислоту тонкой струйкой вливают в воду, непрерывно перемешивая. Наоборот делать нельзя никогда. Более лёгкая вода останется поверх кислоты, всё тепло выделится в тонком верхнем слое, вода мгновенно вскипит и выбросит наружу брызги кислоты.

Чтобы уменьшить нагрев, кислоту удобно разбавлять в два приёма: сначала готовят раствор плотностью 1,40 г/см³, дают ему остыть, а затем доводят до нужной концентрации. Раствор плотностью 1,40 г/см³ называют корректирующим — им поднимают плотность электролита в работающих аккумуляторах. Смесь аккуратно перемешивают стеклянной или полипропиленовой палочкой; если нагрев сильный, посуду ставят в ёмкость с холодной водой. Готовый электролит выдерживают от нескольких часов до суток, чтобы он стал однородным, полностью остыл и из него вышли пузырьки газа. Замерять и окончательно корректировать плотность нужно только после остывания.

Внимание! Срок хранения кислотного электролита практически не ограничен, если он налит в герметично закрытую кислотостойкую тару. Тару обязательно подпишите и держите недоступной для детей и животных: внешне раствор не отличается от воды.

Приготовление щелочного электролита

Отмеренную щёлочь высыпают в воду небольшими порциями, с паузами на остывание, и перемешивают до полного растворения; крупные куски и плав опускают щипцами, а не руками. Лить воду на щёлочь нельзя: раствор вскипает и разбрасывает едкие брызги. Затем раствор выдерживают 6–12 часов, пока он не остынет до нормальной температуры и не отстоится. Прозрачную часть аккуратно сливают с осадка или фильтруют, после чего проверяют плотность ареометром и доводят её водой либо концентрированным раствором.

Раствор щёлочи хранят в герметично закрытой таре из полиэтилена или полипропилена, не допуская контакта с воздухом. Углекислый газ воздуха легко реагирует со щелочами, образуя карбонаты — соли угольной кислоты. Из-за этого содержание активного вещества со временем падает, а карбонаты ухудшают работу аккумулятора. Поэтому щелочной электролит, в отличие от кислотного, долго не хранят и готовят примерно под потребность.

Готовые растворы кислоты и щёлочи должны быть прозрачными, допустим лишь слабый желтоватый оттенок. Если после отстаивания раствор остаётся мутным или в нём видны хлопья и взвесь, значит, исходные компоненты были недостаточно чистыми — заливать такой электролит в аккумулятор нельзя.

Меры безопасности

Приготовление электролита опасно: в работе участвуют очень агрессивные вещества. Концентрированная кислота и щёлочь вызывают тяжёлые, долго заживающие ожоги, а при попадании в глаза могут привести к потере зрения. Щелочные ожоги даже опаснее кислотных: щёлочь проникает в ткани глубже и продолжает разрушать их уже после того, как первая боль утихла.

Главное средство первой помощи — чистая вода: любое попадание реагента на кожу сначала смывают большим её количеством. Дополнительно заранее готовят нейтрализующий раствор для обработки кожи после промывки:

• раствор пищевой соды 2–5% (1–2 чайные ложки на стакан воды) — при работе с кислотой;
• раствор борной кислоты 1–2% либо столовый уксус, разбавленный водой в 3–5 раз, — при работе со щёлочью.

Работать нужно в резиновых или нитриловых перчатках, в закрытой одежде и обязательно в защитных очках закрытого типа или в щитке. Если реагент попал на кожу, сначала обильно промойте место водой, затем обработайте нейтрализующим раствором и снова смойте водой. При попадании в глаза промывайте их чистой водой не меньше 15 минут, раздвигая веки, и немедленно обращайтесь к врачу; никакие нейтрализующие растворы в глаза заливать нельзя. К врачу обращаются и при обширном ожоге кожи, и в любом случае попадания щёлочи в глаза.

Все работы ведут на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении, вдали от открытого огня. Пары и аэрозоль серной кислоты, которые особенно активно выделяются из горячего раствора, раздражают верхние дыхательные пути: появляются сильный кашель, першение, отёк слизистых. Пыль сухой щёлочи действует так же. Рядом держат запас чистой воды для промывки.

Одежду в домашних условиях берут такую, которую не жаль: даже после промывки нейтрализующим раствором часть агрессивного вещества остаётся между волокнами ткани, и со временем она расползается дырами. Обувь тоже лучше закрытая — капля электролита на открытой ноге обеспечена ожогом.