Серная кислота в аккумуляторе¶

Серная кислота (H₂SO₄) — минеральная кислота, являющаяся активным электролитом в большинстве свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых в автомобилях, ИБП, тяговых батареях и резервных системах электропитания. В разряженном состоянии она представляет собой водный раствор с плотностью около 1,1–1,12 г/см³, в заряженном — 1,27–1,29 г/см³. Концентрация кислоты в электролите определяет плотность и напряжение аккумулятора, поэтому её измерение является основным способом оценки степени заряда батареи.

¶Состав и свойства электролита

Электролит свинцово-кислотного аккумулятора — это водный раствор серной кислоты с концентрацией 27–38 % (в массовых долях) в зависимости от типа батареи. Чистая серная кислота — маслянистая тяжёлая жидкость плотностью 1,84 г/см³, обладающая сильными коррозионными свойствами. При разбавлении водой выделяется большое количество тепла, поэтому при приготовлении электролита кислоту всегда добавляют в воду, а не наоборот.

При работе аккумулятора серная кислота расходуется на образование сульфата свинца на пластинах, а вода выделяется в электролит. В результате плотность электролита снижается, что используется для определения степени заряда ареометром.

¶Химия процессов

При разряде аккумулятора на отрицательном электроде свинец окисляется до сульфата свинца (PbSO₄), а на положительном — двуокись свинца (PbO₂) восстанавливается до того же сульфата. Серная кислота при этом расходуется, а вода накапливается. Обратная реакция происходит при зарядке: сульфаты разлагаются, кислота восстанавливается, вода расходуется.

Основные уравнения:

• разряд: Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O
• заряд: 2PbSO₄ + 2H₂O → Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄

Побочными продуктами являются газовыделение (гидролиз воды) и сульфатирование пластин при длительном хранении в разряженном состоянии.

¶Плотность электролита и заряд аккумулятора

Плотность электролита — основной показатель степени заряда свинцово-кислотной батареи:

При морозах плотность электролита повышают до 1,30–1,31 г/см³, чтобы предотвратить замерзание: чем выше концентрация кислоты, тем ниже температура замерзания. При плотности 1,28 г/см³ электролит замерзает при −58 °C, при 1,10 г/см³ — уже при −7 °C.

¶Типы аккумуляторов

Помимо классических WET-батарей с жидким электролитом, серная кислота применяется в:

• Гелевых аккумуляторах (AGM, GEL) — электролит загущён силикагелем или добавлен в стекловолокно, что снижает коррозию и утечку.
• Тяговых батареях — используют более разбавленный раствор (плотность 1,24–1,26 г/см³) для увеличения ресурса.
• Стационарных батареях — применяют растворы с плотностью до 1,22 г/см³ для длительного резервного питания.

¶Меры безопасности

Серная кислота — сильный окислитель и коррозионно-активное вещество. При работе с электролитом используют защитные очки, перчатки и фартук. При попадании на кожу кислоту немедленно промывают большим количеством воды, затем раствором соды. При зарядке аккумулятора выделяются водород и кислород — взрывоопасная смесь, поэтому батарею заряжают в проветриваемом помещении, вдали от открытого огня.

¶Замена и обслуживание

Срок службы электролита не ограничен, но при испарении воды её доливают дистиллированной водой. Полная замена кислоты выполняется редко — при загрязнении или сульфатации пластин. Для восстановления плотности используют зарядно-разрядный цикл или десульфатацию токами малой силы.

Источники:

• Вентцель В. С. «Аккумуляторы: теория и практика»
• ГОСТ 18296-79 «Электролиты для аккумуляторов»
• Руководство по эксплуатации автомобильных аккумуляторов
• Техническая документация на свинцово-кислотные аккумуляторы