Сульфатация и десульфатация
В прошлых постах мы коснулись химической стороны процессов, происходящих в АКБ. Среди них был упомянуто и явление сульфатации — осаждения сульфата свинца на активной массе пластин аккумулятора.
Для начала необходимо внести ясность. Сам по себе процесс образования сульфата свинца и его последующий распад на воду и серную кислоту с освобождением пористых пластин — это основа функционирования свинцово-кислотного аккумулятора. В создании баланса этого гальванического процесса и кроется мастерство создания долговечных и мощных батарей. Под вредным, разрушительным процессом мы в дальнейшем будем понимать необратимую сульфатацию, но называть ее будем коротко.
В чем суть необратимой сульфатации? Белые кристаллы сульфата свинца в процессе осаждения на активной массе растут в размерах. Во время зарядки аккумулятора они уменьшаются и вовсе исчезают при достижении полного заряда. Однако при сильном разряде, особенно неоднократном, кристаллы сульфата могут достичь определенного порогового размера. Такие крупные кристаллы уже невозможно растворить, более того, сопротивление крупных кристаллов растет очень значительно, достигая высоких значений пробоя, при которых сульфат свинца становится диэлектриком. Его проводимость в обратную сторону падает, и заряд АКБ становится невозможным. Поверхность пластин, покрытая таким диэлектриком, становится нерабочей, аккумулятор теряет емкость и вскоре «умирает».
Борьба с такой сульфатацией — это фактически борьба за восстановление номинальной емкости батареи, проводимая по двум направлениям. Первое — это предупреждение сульфатации. Сюда относится и правильная эксплуатация батареи пользователем, и конструктивные меры, предпринимаемые производителями. Включение в состав свинцовых пластин серебра (катализатора химических процессов), улучшение рецептуры свинцовых пластин (более чистый свинец), создание сепараторов и носителей электролита нового типа (AGM и GEL) — все эти меры призваны предотвращать необратимую сульфатацию при глубоких разрядах, которым подвержены современные батареи.
Второй фронт борьбы за чистоту пластин — это процесс десульфатации. Зарядка аккумулятора, проходящая по особому алгоритму, импульсами высокой частоты — один из способов десульфатации пластин. Современные профессиональные зарядные устройства имеют такую функцию и способны более-менее успешно бороться с сульфатацией. Конечно, до определенного ее значения.
Тем не менее, наиболее эффективный способ избежать развития этого губительного процесса — правильная эксплуатация современных АКБ. В первую очередь — это недопущение глубоких разрядов батареи, соблюдение температурного режима эксплуатации АКБ. Срок жизни батареи, связанный с ее сульфатацией, во многом находится в руках владельца аккумулятора.
Сульфатация аккумулятора: что это такое
Сульфатация пластин среди всех неисправностей аккумуляторных батарей стоит в первой пятёрке. Так в чём же состоит этот процесс, что такое сульфатация аккумулятора и почему она происходит? На эти вопросы мы и попробуем ответить в данной статье.
Что такое сульфатация пластин аккумулятора
Сульфатация пластин аккумулятора.
Как известно, электроэнергия в аккумуляторной батарее вырабатывается при химическом взаимодействии свинцовых пластин с электролитом – водным раствором серной кислоты. Согласно законам химии одним из продуктов этой реакции (Pb + 2H2SO4 + PbO2 -> 2PbSO4 + 2H2O) является сульфат свинца PbSO4. Его осаждение на пластинах в виде белого налёта, а иногда в форме крупных кристаллов, и называется сульфатацией пластин аккумулятора или просто сульфатацией аккумулятора.
При самом неблагоприятном развитии событий сернокислый свинец превращается в плёнку, препятствующую проникновению электролита к пластинам. Это приводит к тому, что АКБ перестаёт заряжаться. То есть устройство, что называется, «берёт» заряд, но очень и очень мало.
Проще говоря, после зарядки аккумулятор с сульфатацией может показывать полную готовность к работе, но разряжается до нуля буквально в считанные минуты при подключении самой обыкновенной лампочки. О том же, чтобы провернуть коленчатый вал, не может быть и речи – пластинам, покрытым сернокислым свинцом, это вообще не под силу.
Теперь, после того, как мы описали сульфатацию в общем и целом, рассмотрим провоцирующие её факторы.
Причины сульфатации аккумулятора
Разумеется, главная причина этого явления заключается в осаждении сульфата свинца на аккумуляторные пластины. Мы об этом уже рассказали, но при каких условиях это происходит? И здесь усматривается несколько факторов, которые вызывают образование сульфатной плёнки. В их перечень входят следующие:
- глубокий разряд АКБ;
- сильное охлаждение;
- долговременное хранение незаряженной батареи;
- заливка электролита с повышенным содержанием кислоты.
Рассмотрим каждую из причин сульфатации аккумулятора подробнее и начнём с глубокого разряда аккумулятора.
Глубокий разряд
Во время зарядки сернокислый свинец практически не образуется, поскольку соединения, которые требуются для синтеза этой соли, не встречаются – при подаче заряжающего напряжения они собираются вблизи пластин с разной полярностью. При отключении зарядного тока стартует процесс разряда, и начинается взаимодействие указанных соединений с образованием сульфата свинца и его осаждением на пластины. И чем глубже разряжается аккумулятор, тем больше образуется PbSO4, следствием чего является сильная сульфатация.
Холод
Каждый автомобилист знает, что в сильный мороз всего за несколько часов батарея может разрядиться почти в ноль, что чревато сульфатацией пластин, если своевременно не подключить аккумулятор к зарядному устройству. Само по себе охлаждение не усиливает синтез сульфата свинца. Низкие температуры лишь усугубляют ситуацию с разрядом АКБ. То же самое можно сказать о длительном хранении незаряженной батареи. Если полностью заряженное устройство вполне нормально хранится в течение нескольких месяцев, то в недозаряженном аккумуляторе процесс сульфатации протекает в ускоренном режиме, и пластины покрываются плёнкой уже через несколько недель.
Неправильное обслуживание
Концентрированный электролит в аккумуляторную батарею заливают довольно редко, и обычно этим грешат неопытные автомобилисты, заметившие сульфатацию и уверенные в том, что стоит только добавить серной кислоты, и она смоет сульфатную плёнку. Однако эффект наблюдается прямо противоположный. Кислоты становится больше, а, значит, увеличивается количество «стройматериалов» для сернокислого свинца. И вуаля! Проходит два-три дня, и на пластинах видна уже не тонкая светлая плёночка, а крупные белые кристаллы, которые просто так – по щелчку пальцами – уже не удалить.
Еще одна причина сульфатации аккумулятора это высокая температура. Конечно, 70 градусов под капотом к глубокому разряду не приведут, но нагрев ускоряет химическую реакцию образования PbSO4. Вот почему слабо заряженный аккумулятор в сильный зной очень быстро сульфатируется.
Читайте также: Что такое EFB аккумуляторы и чем они отличаются от обычных.
Как определить наличие сульфатации
Пластины с разной степенью сульфатации.
Своевременная «постановка диагноза» позволит сэкономить существенную сумму денег, ведь осадок сульфата свинца на пластинах ещё не является приговором аккумулятору. На раннем этапе вовсе не обязательно покупать новый источник электроэнергии со всеми вытекающими финансовыми последствиями. Положение ещё можно исправить сравнительно простым и бюджетным методом, о котором мы расскажем ниже. Поэтому необходимо знать, как определить наличие сульфатации. Способов на самом деле не так много, чтобы в них запутаться.
Первым «тревожным звоночком» является ухудшение функциональности аккумулятора. Если вы заметили, что батарея стала заряжаться гораздо быстрее обычного и при сильном кипении электролита, то, вероятнее всего, это она и есть – сульфатация. Другой симптом состоит в существенном снижении ёмкости АКБ. Ключевое слово в данном случае – «существенном». Предположим, ёмкость вашей батареи изначально составляла 60 А·ч, а по результатам измерения вы видите лишь 25 А·ч. Это практически всегда означает, что на пластинах собрался сульфат свинца.
После возникновения подозрений остаётся только визуально убедиться в наличии сульфатации. Оговоримся сразу. Такой контроль возможен только в том случае, если аккумулятор обслуживаемый. Открутите пробки-заглушки и загляните внутрь. Белый налёт трудно не заметить, поскольку он хорошо контрастирует с чистым тёмно-серым свинцом. А уж светлые кристаллы вообще видны, что называется, невооружённым глазом. Если вы увидели налёт или кристаллические наросты, то немедленно предпринимайте меры для устранения сульфатации пластин.
Как убрать сульфатацию пластин аккумулятора
Сульфатация аккумулятора может быть устранена одним из трёх методов – механическим, химическим и электрохимическим. Первый предполагает изъятие сульфатированных пластин из корпуса и очистку их щёткой. В этом случае потребуется вскрыть корпус, на что, конечно, пойдёт не каждый автомобилист. Поэтому данный способ используется крайне редко и является, скорее, теоретическим.
Химическая очистка более распространена, но показывает недостаточную эффективность для того, чтобы считаться единственно приемлемым методом десульфатации. Для растворения налёта сернокислого свинца обычно используются кислотные химикаты, например, очень популярный ныне «Трилон Б».
Наибольшую результативность в борьбе с сульфатацией аккумулятора показывает способ, который называется электрохимическим. Он не очень быстрый, но зато чрезвычайно эффективный. Методика заключается в зарядке аккумулятора малым током (примерно 0,8-1 А) в течение 8-10 часов и последующей разрядке на протяжении такого же периода времени. После этого цикл повторяется, но только на этот раз величина зарядного тока устанавливается 2-2,5 А. Для десульфатации достаточно 2-3 циклов.
Проделать данные манипуляции можно с помощью обычного зарядного устройства с регулируемыми параметрами. Однако целесообразнее всего использовать специальное оборудование – зарядную станцию с функцией профилактической десульфатации.
Читайте также: Что делать если в машине сел аккумулятор .
Что такое сульфатация пластин аккумулятора: причины и последствия
Рано или поздно любой автовладелец сталкивается с такой проблемой, как сульфатация пластин аккумулятора. Давайте разберемся, что же это такое, почему это происходит с аккумулятором и к чему это может привести.
Любые аккумуляторные батареи работают по принципу двойной сульфатации. Дело в том, что при разряде батареи пластины взаимодействуют с электролитом, в результате это ведет к падению плотности электролита. А при зарядке батареи в пластинах аккумулятора происходят обратные процессы, что ведет к повышению удельной плотности электролита. На сульфатацию пластин аккумулятора автомобиля вам укажет повышенное напряжение аккумулятора в начале разряда, а также обильное газовыделение.
Причины сульсификации
К сульфатации пластин вашего аккумулятора чаще всего могут привести следующие причины: разряженное состояние аккумулятора, слишком высокая температура или ее частые колебания, слишком низкое разрядное напряжение, а также чересчур большие разрядные токи. Очень важно соблюдать температурный режим и не допускать перегрева пластин аккумулятора. Потому что при ней процессы сульфатации и обратный процесс происходят быстрее. Но особенно опасны частые колебания температуры хранения пластин аккумулятора, потому как химические реакции со временем будут происходить неравномерно, что приведет к быстрому износу и порче аккумулятора. Для предотвращения сульфатации пластин аккумулятора, лучше не эксплуатировать их в режиме заряд-разряд выше, чем на 75-80% от номинала емкости аккумулятора. Это позволит аккумуляторной батарее быстрее восстановить емкость и перейти в режим заряда. Очень опасно оставлять свинцовый аккумулятор в постоянном разряженном состоянии, так как это способствует началу процессов сульфатации в его пластинах.
Последствия сульфатации
Объем пластин вашего аккумулятора сильно увеличивается. Дело в том, что при сульфатации сами пластины вашего аккумулятора занимают гораздо больший объем в емкости, чем в обычном заряженном состоянии. Сама пористость пластин его уменьшается, а их толщина, наоборот, увеличивается. Все это может привести к деформации и разрушению пластин. Засульфатированная батарея быстро разряжается и в некоторых сложных случаях даже может его привести к деформации корпуса самого вашего аккумулятора.
Емкость аккумулятора постепенно уменьшается. Химические процессы, происходящие в аккумуляторе при его сульфатации, постепенно сокращают площадь самой поверхности его пластин, обязательно покрытую активными веществами. И поэтому емкость такого аккумулятора постепенно сокращается.
Внутреннее сопротивление самого аккумулятора растет. В результате падает напряжение на вашем аккумуляторе при попытке его разрядить и зарядить, а также сам аккумулятор гораздо быстрее перегревается и сульфатируется.
Поэтому, чтобы не допустить и максимально отсрочить наступление сульфатации пластин аккумулятора, соблюдайте правила его эксплуатации и аккумулятор прослужит вам очень долго!
Что такое сульфатация аккумулятора и как с ней бороться?
Ежегодно в утиль отправляются миллионы аккумуляторов с диагнозом «сульфатация». Для многих автолюбителей это становится неприятным сюрпризом. Вообще, сульфатация является естественным процессом при эксплуатации аккумуляторной батареи. К концу срока службы из-за этого явления батарея теряет большую часть ёмкости. Но при правильной эксплуатации этот процесс идёт постепенно, и аккумулятор отрабатывает положенный ему срок. Но бывает и ускоренная сульфатация и преждевременный выход из строя АКБ. Современные аккумуляторные батареи стали более устойчивы к этому явлению и менее требовательны к обслуживанию. Но определённые мероприятия всё равно следует выполнять. В этой статье пойдёт речь о таком явлении, как сульфатация аккумулятора, чем она вызвана, и как с ней бороться.
Что такое сульфатация аккумулятора и в чём она выражается?
Визуально сульфатацию можно определить по состоянию пластин. Плюсовые пластины становятся светло-коричневыми, а на их поверхности появляются белые пятна. Минусовые пластины становятся беловато-серого цвета и набухают. Если не принимать никаких мер по устранению сульфата свинца (процесс десульфатации), то постепенно его объём превышает активную массу пластин. В результате происходит существенная потеря ёмкости АКБ. Кроме того, из-за увеличения объёма сульфата (PbSO4) происходит выпучивание отрицательных пластин. Что касается положительных пластин, то из-за неравномерных механических напряжений при запущенной сульфатации происходит их коробление.
Процесс сульфатации приводит к существенному увеличению сопротивления активной массы пластин. Это повышает общее сопротивление аккумулятора. Напряжение сильно сульфатированного аккумулятора резко увеличивается уже в начале зарядки при нормальном токе зарядки. В результате наблюдается «кипение» электролита. Если процесс сульфатации зашёл слишком далеко, то на поверхности электродов образуется корка из сульфата и батарея просто теряет проводимость, поскольку PbSO4 не проводит электрический ток.
Лучше всего можно объяснить это явление с помощью химической реакции, происходящей в АКБ. Она описывается следующим уравнением:
При разряде аккумулятора свинец из одних пластин посредством серной кислоты в составе электролита вступает в реакцию оксидом свинца из других пластин. В результате этой реакции образуются сульфат свинца и вода. При протекании этой реакции меняется плотность электролита (уменьшается при разряде и увеличивается при заряде).
Когда аккумулятор заряжается, реакция идёт в противоположном направлении. Однако она проходит не полностью и часть PbSO4 (сульфата свинца) остаётся на пластинах. Сульфат уменьшает поверхность активной массы, забивая поры на её поверхности. В результате падает эффективность заряда и теряется ёмкость аккумуляторной батареи.
Сульфатация АКБ вызывается различными причинами, которые будут рассмотрены ниже. Каждому автомобилисту нужно иметь о них представление. Процесс сульфатации аккумулятора значительно ускоряется, если действует несколько причин.
Вернуться к содержанию
Причины
Рассмотрим основные причины, которыми обусловлен процесс сульфатации.
Колебания температуры
Здесь имеется в виду не высокая или низкая температура электролита, а именно, её колебания. Сульфат свинца слабо растворяется в серной кислоте. Интенсивность растворения увеличивается с ростом температуры. Если увеличивать температуру электролита, то сульфата на электродах растворяется в нём. А при охлаждении PbSO4 выпадает из раствора и вновь оседает на поверхности пластин. Причём сульфат будет оседать в первую очередь там, где есть мелкие частицы кристаллического PbSO4.
Для сульфатации, которая обусловлена колебаниями температуры электролита характерно, что образование кристаллов происходит по большей части в глубине пористой активной массы, а не на поверхности. Этот процесс в большей степени затрагивает положительные пластины, вызывая их преждевременный износ.
Пониженный уровень электролита
Пластины аккумулятора всегда должны быть покрыты электролитом. Не допускается эксплуатация АКБ с оголёнными электродами. При уменьшении уровня электролита нужно доливать в аккумулятор дистиллированную воду. Если пластины длительное время будут находиться на открытом воздухе, произойдёт глубокая сульфатация оголённой части пластин. Не редкость, когда в этих местах осыпалась обмазка и разрушались решётки.
Если пластины находились на воздухе недолго, то после доливки они приходят в нормальное состояние. Особенно чувствительны к падению уровня электролита отрицательные пластины. В результате этого их обмазка превращается в жидкую субстанцию, которая выпадает в осадок на дно аккумулятора.
Вернуться к содержанию
Длительное нахождение в разряженном состоянии
К сульфатации также приводит длительное нахождение аккумулятора в разряженном состоянии. Рекомендуется поставить АКБ на зарядку не позднее, чем через сутки после её разряда.
Образование сульфата свинца
Глубокий разряд
В процессе разряда аккумулятора можно контролировать ток разрядки и конечное напряжение. Для длительных режимов с меньшим током разряда выбирается конечное напряжение 10,8 вольта. А при коротких режимах разряда и высоком токе разряда 10,5 вольта. Более подробно эти условия можно посмотреть в ГОСТ 825 – 61 с указанием плотности и температуры электролита. При увеличенном токе разряда напряжение сильнее зависит от плотности и температуры электролита.
Согласно экспериментальным данным, наименьшая сульфатация наблюдается у АКБ, которые в процессе заряда-разряда не отдают ёмкость выше 75–80 процентов от номинала. Если аккумуляторная батарея используется в качестве буферной ёмкости, то после разряда её сразу нужно переводить в режим заряда.
Вернуться к содержанию
Частый заряд высокими токами
Если заряжать АКБ током большой величины, то PbSO4 на поверхности пластин не успевает растворяться. Этот процесс требует длительного времени. Когда зарядный ток большой, то параметры, по которым определяется конец заряда, наступают раньше, чем происходит восстановление сульфата. Эти параметры ─ постоянное напряжение и плотность электролита.
Методы борьбы с сульфатацией АКБ
Процесс устранения сульфатации называется десульфатацией. Все способы десульфатации можно разделить на две большие группы:
- С использованием химических элементов;
- С использованием электрического тока.
Довольно широко используется метод с применением импульсного тока высокой амплитуды. Под воздействием такого тока электроны на поверхности аккумуляторных пластин возбуждаются, и в результате сульфат свинца сбивается с них. Некоторые умельцы изготавливают подобные устройства самостоятельно, но для этого требуются хорошие знания электротехники. В продаже можно встретить подобные устройства фабричного изготовления, но это дополнительные затраты, которые могут и не окупиться. Ведь на последних стадиях сульфатации подобные приборы бесполезны.
Отрицательная сторона воздействия импульсным током на пластины заключается в том, что вместе с сульфатом может сбиваться и активная масса. Поэтому есть отзывы, что в результате подобных действий ёмкость аккумуляторов не только не восстанавливалась, а ещё и снижалась.
Есть ещё один более длительный, но безопасный способ снижения сульфатации пластин, это многократная зарядка аккумулятора малым током. Для этого требуется зарядное устройство с регулировкой зарядного тока. Его значение устанавливается 0,04 от номинальной ёмкости АКБ. Напряжение на выводах поддерживается 14 вольт. Зарядка в этом режиме проводится в течение 8─10 часов. Затем делается перерыв на 12─14 часов и процент зарядки запускается снова.
С образованием сульфата свинца труднее бороться, чем предотвратить
Существует также ещё один метод избавления от сульфатации, который требует много времени. Сначала аккумуляторная батарея заряжается стандартным методом, а затем электролит сливается и банки заливаются дистиллированной водой. Затем подключается зарядное устройство, устанавливается стандартный ток зарядки и напряжение на выводах 14 вольт. При появлении газовыделения на электродах, напряжение следует снизить и добиться минимального выделения газов.
В таком состоянии аккумулятор оставляем заряжаться на срок до двух недель. Затем проверяется плотность раствора в банках. За счёт растворения сульфата дистиллированная вода должна превратиться в электролит со слабой концентрацией серной кислоты. Этот раствор сливается, а вместо него снова заливается дистиллированная вода. Аккумуляторная батарея снова ставится на зарядку на 2 недели. Затем снова проверяется плотность и если она изменилась незначительно, значит, процесс закончен.
После этого заливается электролит стандартной концентрации и проводится окончательная зарядка АКБ.
Как уменьшить сульфатацию АКБ?
И в заключение о том, как снизить интенсивность сульфатации аккумулятора. Именно снизить, а не предотвратить. Ведь сульфатация является естественным процессом, который протекает в течение всего срока эксплуатации аккумулятора. Именно сульфатация является причиной потери ёмкости большинства аккумуляторов. Но этот процесс можно значительно замедлить, если выполнять нехитрые правила, приведённые ниже.