Какой процесс происходит в аккумуляторе

Теория работы свинцово-кислотного аккумулятора

В свинцово-кислотном аккумуляторе основные продукты реакции, происходящие между положительным и отрицательным электродами аккумулятора в водном растворе серной кислоты, подчиняются так называемой теории двойной сульфатации в соответствии с уравнением:

…⇐ заряд
Pb + PbO2 + 2H2SO4 ⇐ ⇒ 2PbSO4 + 2H2 O (1)
…разряд ⇒

Этому соотношению подчиняется взаимодействие активных веществ в аккумуляторе во время разряда, заряда, подзаряда, а также во время бездействия (холостого хода).
Основные соотношения между реагентами при бездействии (при разомкнутой внешней цепи аккумулятора) определяются следующими реакциями:

— на отрицательном электроде:

2H+ + 2e- ⇒ H2 ­↑ анодная полуреакция

Pb + SO42- ⇒ PbSO4 + 2e- катодная полуреакция

Pb + H2 SO4 ⇒ PbSO4 + H2 ­↑ общая реакция (2)

— на положительном электроде:

PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- ⇒ PbSO4 + 2H2 O катодная полуреакция

H2 O ⇒ 1/2 O2 ­↑­ + 2H+ + 2e- анодная полуреакция

PbO2 + H2 SO4 + H2O ⇒ PbSO4 + 2H2 O + 1/2 O2 ­­↑ общая реакция (3)

Приведенные уравнения реакций на отрицательном и положительном электродах показывают, что даже при разомкнутой внешней цепи аккумулятора в нем происходит образование сульфата свинца на обоих электродах, снижение плотности электролита, а также разложение воды с выделением газообразных водорода и кислорода, что приводит, таким образом, к снижению емкости аккумулятора, т.е. к саморазряду. Объем продуктов этих реакций зависит от концентрации серной кислоты (плотности электролита), температуры, состава сплава решеток и активной массы электродов, возраста аккумулятора и других причин.

При подключении к аккумулятору нагрузки токообразующий процесс подчиняется уравнению (1) для фазы разряда. На отрицательном электроде (на границе раздела свинец — сульфат свинца) происходит образование электронов, поступающих во внешнюю цепь:

На положительном электроде на границе раздела окись свинца -сульфат свинца происходит поглощение электронов, поступающих через замкнутую внешнюю цепь, и образование воды:

PbO2 + 4H+ + 2e- ⇒ Pb2+ + 2H2 O

Анионы свинца, связываясь с кислотным остатком, образуют на обоих электродах сульфат свинца, покрывающий поверхность активных масс пластин. По мере разряда концентрация серной кислоты в электролите убывает.

При подключении аккумулятору зарядного устройства токообразующий процесс проходит согласно уравнению (1) для фазы заряда.

На отрицательном электроде анионы свинца, образованные из сульфата свинца при растворении в электролите, связываются с электронами, поступающими из внешней цепи, образуя чистый (губчатый) свинец:

На положительном электроде процесс протекает согласно реакции (4) с образованием на электроде окиси свинца и отдачи во внешнюю цепь электронов:

Pb2+ + 2H2 O ⇒ PbO2 + 4H+ + 2e- (4)

По мере заряда увеличивается напряжение поляризации аккумулятора, и, когда оно превысит величину перенапряжения по кислороду, на положительном электроде начинает выделяться кислород:

2OH— ⇒ 1/2 O2 ↑ + H2 O + 2e-

Когда напряжение поляризации превысит величину перенапряжения по водороду, на положительном электроде начинается образование водорода:

Таким образом, при заряде наряду с образованием на электродах исходных продуктов (свинца и окиси свинца) происходит повышение плотности электролита за счет восстановления серной кислоты, а на последней стадии заряда при повышенном напряжении часть подводимого электричества идет на разложение воды:

H2 O ⇒ H2 ­↑ + 1/2 O2 ­↑

Из других побочных реакций на положительном электроде при заряде следует обратить внимание на образование озона и на окисление (коррозию) решетки, что оказывает решающее влияние на сокращение срока службы аккумулятора.

Наша страница на DRIVE2:

Аккумуляторы — советы специалиста Ч-№2

Как и в любом другом электрическом аккумуляторе, в свинцовом кислотном аккумуляторе во время зарядки и разрядки происходят обратимые химические реакции. Во время зарядки на пластинах свинцового аккумулятора накапливаются активные вещества: свинец (на отрицательной пластине аккумулятора) и окись свинца (на положительной пластине).

Во время разрядки свинцового аккумулятора, происходит обратная реакция и активные вещества аккумулятора «расходуются» образуя сернокислый свинец (сульфат свинца). Сульфат свинца остается на пластинах аккумулятора, образуя грозди мелких кристаллов. Пористая структура этих кристаллических сгустков сульфата обеспечивает свободный доступ электролита ко всем кристаллам во время зарядки аккумулятора. Поэтому восстановление исходных активных веществ на пластинах свинцового аккумулятора не вызывает трудностей.

Но в некоторых условиях, может происходить перекристаллизация — сульфат свинца образует большие труднорастворимые кристаллы, и восстановление активных веществ аккумулятора затрудняется. Этот процесс называется сульфатацией свинцового аккумулятора. Сульфатация — один из главных механизмов старения свинцового аккумулятора. Сульфатация аккумулятора приводит сразу к нескольким негативным последствиям.
Сульфатация приводит уменьшению емкости аккумулятора

Можно приближенно считать, что емкость аккумулятора прямо пропорциональна площади поверхности пластин, покрытой активными веществами. У засульфатированного аккумулятора, часть активных веществ связана в сульфате свинца, а часть поверхности пластин покрыта не активными веществами, а сульфатом. Поэтому при разряде засульфатированный аккумулятор отдает меньшую емкость, чем аккумулятор в нормальном состоянии.

Кроме того, большие кристаллы сульфата свинца могут полностью перекрывать поры, и доступ электролита вглубь активной массы затрудняется. Это также способствует уменьшению емкости аккумулятора.
Сульфатация увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора

Сульфат свинца имеет большое электрическое сопротивление. Поэтому замещение активных веществ (свинца и окиси свинца) сульфатом свинца на поверхности пластин в результате сульфатации аккумулятора приводит к значительному росту внутреннего сопротивления аккумулятора. Увеличение внутреннего сопротивления аккумулятора при сульфатации приводит к увеличенному падению напряжения на аккумуляторе при разряде и зарядке, а также к перегреву аккумулятора, который приводит к ускорению сульфатации. Сульфатация аккумулятора увеличивает объем пластин

Плотность сульфата свинца меньше, чем плотность активных веществ, поэтому пластина аккумулятора в разряженном состоянии занимает больший объем, чем в заряженном состоянии. Это приводит к уменьшению пористости пластин аккумулятора. Но в случае глубокой сульфатации аккумулятора, когда образуются большие нерастворимые кристаллы сульфата свинца, пластины могут деформироваться и разрушаться. Толщина пластин увеличивается. В некоторых случаях, может сильно деформироваться корпус аккумулятора.
Условия, способствующие сульфатации свинцового аккумулятора

В любом свинцовом аккумуляторе, оставленном в разряженном состоянии начинается сульфатация. Она может быть более или менее интенсивной, в зависимости от нескольких факторов. Сульфатации способствуют:
повышенная температура;
длительное хранение в разряженном состоянии;
большие разрядные токи;
пониженное разрядное напряжение;

Поэтому, для того, чтобы избежать сульфатации свинцового аккумулятора, следует хранить и эксплуатировать аккумуляторы при невысоких температурах, соблюдать рекомендуемые токи и напряжения при зарядке и разряде аккумулятора и не хранить свинцовый аккумулятор в разряженном состоянии.
Как обнаружить сульфатацию свинцового аккумулятора

Раньше, в эпоху открытых свинцовых аккумуляторов, начало сульфатации определяли по понижению плотности электролита. Сегодня наступило время герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов, а значит у аккумуляторов больше нет отверстия для забора электролита. Поэтому сегодня начало сульфатации определяют по падению емкости аккумулятора, а для определения емкости используют современные тестеры аккумуляторов.
Берегите природу. Не выбрасывайте вышедшие из строя аккумуляторы — сдавайте их для утилизации в специализированную фирму.

Правда ли, что современные необслуживаемые герметичные свинцовые аккумуляторы не нужно обслуживать?

Да, правда. Почти правда.

В современных герметичных свинцовых аккумуляторах решены многие проблемы, которые раньше приводили к ускоренному старению аккумулятора. Сейчас, при правильной эксплуатации, исключена потеря воды электролитом, следовательно долив воды не требуется, и для долива воды даже нет отверстий. Поэтому невозможен и контроль плотности электролита, который раньше был основным методом диагностики сульфатации аккумулятора.

А как же вовремя заметить уменьшение емкости, связанное с сульфатацией или другими причинами, только по контрольному разряду? Нет, сейчас для проверки свинцовых аккумуляторов используют современные тестеры аккумуляторов (тестеры аккумуляторных батарей) — они быстро оценивают емкость аккумулятора и помогают вовремя заметить сульфатацию.

Перечислим теперь основные операции по обслуживанию современных свинцовых аккумуляторов.
Проверка электрических соединений аккумулятора

На проводах, клеммах и самом аккумуляторе не должно быть следов окислов или белого налета. Изоляция всех проводов не должна иметь повреждений. Не допускаются незатянутые болтовые или винтовые соединения, незатянутые конические клеммы, болтающиеся ножевые клеммы.
Проверка емкости аккумулятора

Для проверки емкости аккумулятора применяют тестеры аккумуляторов. Традиционный контрольный разряд теперь проводится реже или проводится только в сомнительных случаях или не проводится вовсе.

Какой процесс происходит в аккумуляторе

Кочуров Алексей Алексеевич 1 , Гумелёв Василий Юрьевич 2
1 Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт) имени генерала армии В.Ф. Маргелова, профессор, канд. техн. наук
2 Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт) имени генерала армии В.Ф. Маргелова, канд. техн. наук

Аннотация
В статье приводятся результаты выполненного анализа описанных в технической литературе механизмов протекания токообразующих процессов в свинцовом кислотном аккумуляторе при его работе, обозначены имеющие место противоречия, требующие дальнейшего изучения.

ANALYSIS OF THE EXISTING MECHANISMS THE PROCESSES OF FORMATION OF ELECTRIC CURRENT IN THE LEAD ACID BATTERY

Kochurov Alexey Alekseevich 1 , Gumelev Vasiliy Yuryevich 2
1 Ryazan high airborne command school (the military institute) name of the General of the army V. Margelov, professor, candidate of technical Sciences
2 Ryazan high airborne command school (the military institute) name of the General of the army V. Margelov, candidate of technical Sciences

Abstract
The article cites the results of this analysis are described in the technical literature mechanisms course of the processes of formation of electric current in the lead acid battery during its work, are having a place of contradictions that require further study.

Библиографическая ссылка на статью:
Кочуров А.А., Гумелёв В.Ю. Анализ существующих механизмов токообразующих процессов в свинцовом кислотном аккумуляторе // Исследования в области естественных наук. 2013. № 4 [Электронный ресурс]. URL: https://science.snauka.ru/2013/04/4576 (дата обращения: 13.07.2023).

Согласно существующим на настоящий момент представлениям в технической и научной литературе описываются несколько механизмов работы свинцового аккумулятора [1 – 5], при этом общий принцип его работы трактуется всеми авторами одинаково и базируется на положениях теории «двойной сульфатации».

При этом активными веществами заряженного аккумулятора, участвующими в токообразующих процессах, являются диоксид свинца РbО₂ на положительном электроде, губчатый свинец Рb на отрицательном электроде и электролит − водный раствор серной кислоты H₂SO₄. Серная кислота является сильным электролитом. Она частично диссоциирована на положительные и отрицательные ионы: Н + и SO₄ 2− .

На отрицательном электроде свинец, частично растворяясь в электролите, выделяет в раствор положительные ионы Рb 2+ . При этом на электроде остаются избыточные электроны, которые сообщают ему отрицательный заряд и движутся по внешнему участку замкнутой электрической цепи в направлении к положительному электроду.

Ионы двухвалентного свинца вступают в реакцию с сульфатными ионами серной кислоты, в результате чего образуется сернокислый свинец, который, обладая очень малой растворимостью в сернокислотном электролите, осаждается на поверхности отрицательного электрода. Таким образом, в процессе разряда активная масса отрицательного электрода превращается из губчатого свинца в сернокислый свинец.

На положительном электроде потенциал образуется в результате перехода четырехвалентных ионов свинца Рb 4+ из электролита на поверхность электрода. Диоксид свинца РbО₂ растворяется в электролите в очень малой степени, образует с водой химическое соединение Pb(OH)₄ − гидрат диоксида свинца, молекула которого в электролите распадается на четырехзарядный ион свинца Рb 4+ и четыре однозарядных иона гидроксила 4ОН − .

Так как диоксид свинца обладает в растворе серной кислоты высоким положительным потенциалом, то он принимается в качестве положительной активной массы свинцовых аккумуляторов. Ионы четырехвалентного свинца Рb 4+ переходят на поверхность электрода, сообщая ему положительный заряд, а отрицательные ионы гидроксила 4ОН −
остаются в электролите. Таким образом, на границе между электродом и электролитом образуется двойной электрический слой. В этом случае электрод будет заряжен положительно, а прилегающий к нему слой электролита отрицательно.

Концентрация ионов четырехвалентного свинца также зависит от плотности электролита. Чем выше плотность электролита, тем выше потенциал электрода. При обычных плотностях электролита потенциал положительного электрода в заряженном состоянии равен примерно 1,68 В.

Если замкнуть внешнюю цепь, то под действием ЭДС аккумулятора в ней потечет электрический ток по направлению от положительного электрода к отрицательному. Электроны, накопившиеся на отрицательном электроде, будут перетекать по внешней цепи в противоположном направлении [2].

Каждые два электрона, поступившие с отрицательного электрода, будут восстанавливать на положительном электроде положительный ион четырехвалентного свинца до двухвалентного иона свинца Рb 2+ , который переходит в электролит и соединяется с ионом SO₄ 2− , образуя молекулу сульфата свинца. Сульфат свинца, обладая малой растворимостью, отлагается на поверхности положительного электрода в виде мелких кристаллов. Наряду с этим процессом происходит взаимодействие гидроксильных ионов (4ОН − ), образовавшихся в результате распада гидроксила свинца Рb (ОН)₄ на ионы, с четырьмя ионами водорода (4Н + ) − продуктами диссоциации серной кислоты, в результате чего образуются четыре молекулы воды. Следовательно, на каждые две израсходованные молекулы серной кислоты и две молекулы воды образуются вновь четыре молекулы воды. Таким образом, плотность электролита в процессе разряда аккумулятора будет постоянно понижаться.

На отрицательном электроде, по мере перехода электронов во внешнюю цепь, происходит окисление свинца до двухвалентных ионов Рb 2+ . Эти ионы свинца будут переходить в раствор серной кислоты − электролит − и взаимодействовать с ионами SО₄ 2− , образуя также сульфат свинца, который будет осаждаться на поверхности отрицательного электрода. Процесс разряда свинцового аккумулятора записывается следующим уравнением:

Схематическое изображение электродных процессов, протекающих при разряде свинцового аккумулятора, представлено на рисунке 1 [2].

Рисунок 1 − Схема электрохимических процессов при разряде

Как видно из рассмотренных электродных процессов, при разряде аккумулятора в сульфат свинца переходят активные массы как положительного, так и отрицательного электродов, то есть происходит «двойная сульфатация».

При заряде аккумулятора необходимо к его электродам присоединить источник тока, напряжение которого превышает ЭДС аккумулятора. При этом положительный полюс подключается к положительным электродам, а отрицательный полюс − к отрицательным электродам. Ток будет протекать через аккумулятор в направлении, обратном току разряда. Электроны будут перетекать с положительных на отрицательные электроды. Изменится также направление движения ионов в электролите. Ионы свинца Рb 2+ будут переходить из электролита на электроды, а четырехвалентные ионы свинца Рb 4+ − в электролит.

Схематическое изображение электродных процессов, протекающих при заряде свинцового аккумулятора, представлено на рисунке 2 [2].

Рисунок 2 − Схема электрохимических процессов при заряде

Образовавшийся на положительном и отрицательном электродах в процессе разряда сульфат свинца переходит при заряде в электролит и распадается на ионы Рb 2+ и SO₄ 2─ . Вода же диссоциирует частично на ионы водорода Н + и ионы гидроксила ОН ─ .

При прохождении электрического тока ионы свинца Рb 2+ на положительном электроде будут окисляться до четырехвалентного свинца Рb 4+ , отдавая два электрона во внешнюю цепь. В свою очередь, ионы Рb 4+ будут соединяться с четырьмя гидроксильными ионами, полученными при диссоциации воды, образуя молекулу диоксида свинца РbО₂. В результате взаимодействия ионов водорода Н + с ионами SO₄ 2─ образуется молекула серной кислоты H₂SO₄.

На отрицательном электроде ионы свинца Рb 2+ получают из внешней цепи по два электрона и восстанавливаются до губчатого свинца, а ионы водорода Н + , соединяясь с ионами сульфата SO₄ 2─ , образуют молекулу серной кислоты.

Согласно теории «двойной сульфатации» [4] процессы заряда в свинцовом аккумуляторе протекают по уравнению

Таким образом, при заряде свинцового аккумулятора на обоих электродах происходит образование исходных веществ: на положительном электроде образуется диоксид свинца, на отрицательном − губчатый свинец, а вода заменяется на серную кислоту, в результате чего повышается концентрация электролита.

При этом по существующим представлениям о протекании электрохимических процессов в аккумуляторе, повышение концентрации серной кислоты происходит больше у положительных электродов, чем у отрицательных [2]. Это объясняется тем, что ионы SO₄ 2─ движутся в данном случае от отрицательного к положительному электроду. Исходя из скоростей движения ионов Н + и SO₄ 2─ в электролите, установлено, что прирост концентрации серной кислоты у положительных электродов приблизительно в 1,4 раза выше, чем у отрицательных электродов. При разряде картина будет обратной. Поэтому, учитывая это обстоятельство, на практике принимают меры к улучшению циркуляции электролита у положительных электродов.
Так, например, в стартерных аккумуляторных батареях используют сепараторы, имеющие на стороне, обращенной к поверхности положительного электрода, специальные ребра для увеличения объема электролита у этого электрода.

Плотность электролита при заряде аккумулятора повышается до тех пор, пока весь сульфат свинца не преобразуется в активные вещества. Прекращение повышения плотности электролита при заряде служит признаком окончания заряда аккумулятора. При дальнейшем заряде происходит разложение воды нa водород и кислород, которые, выделяясь
из электролита в виде газовых
пузырьков, вызывают его кипение.

Несколько отличается от описанного выше механизм работы свинцового аккумулятора согласно [3].

Основное отличие предложенного механизма работы свинцового аккумулятора заключается в механизме образования двойного электрического слоя на поверхности положительного электрода аккумулятора и связанных с этим особенностей протекания токообразующих реакций в аккумуляторе.

Так, предполагается, что в результате взаимодействия молекул диоксида свинца с электролитом некоторое количество молекул диоксида свинца ионизируется. При этом двухзарядные отрицательные ионы кислорода (О 2− ) переходят в электролит, а четырехзарядные положительные ионы свинца (Рb 4+ ) остаются на поверхности положительного электрода. Положительные ионы свинца, остающиеся на поверхности электрода, притягивают к себе отрицательные ионы кислорода и не дают им возможности распространяться вглубь раствора. Таким образом, на границе положительного электрода с раствором электролита возникает двойной электрический слой: положительные ионы свинца на поверхности электрода и отрицательные ионы кислорода на границе соприкосновения электролита с поверхностью электрода. При этом общий токообразующий процесс в аккумуляторе протекает согласно уравнению [4] теории «двойной сульфатации»

Таким образом, в технической литературе [2, 3, 4, 6, 7] в настоящее время имеет место различное толкование механизма токообразующих процессов, протекающих на электродах свинцового аккумулятора, хотя все они и базируются на положениях теории «двойной сульфатации». При этом в работе [8] делается вывод о том, что химическая реакция в обратимо действующем свинцовом аккумуляторе протекает в соответствии с уравнением (3 ), «… однако этот вывод совершенно не дает оснований утверждать, что и
реальный процесс обычного разряда
свинцового аккумулятора
тоже сопровождается
химической реакцией (3)».

Стоит отметить, что в настоящее время не существует прямых физических измерений атомарного состава элементов электролита и активной массы электродов свинцовых аккумуляторов непосредственно участвующих в токообразующих реакциях. Именно эти измерения могли бы служить достоверным доказательством основных положений теории «двойной сульфатации».

Вместе с тем из изложенного материала не вполне понятно, каким образом при протекании токообразующих сопряженных электродных реакций при разряде аккумулятора по уравнению (1) на отрицательном и положительном электродах выделяется различное количество участвующих в реакции активных веществ, обладающих разными по величине зарядами.

Кроме того, в известных механизмах [2 – 4, 9] в первичной токообразующей электродной реакции на положительном электроде в одном электрическом поле одновременно участвуют как положительно, так и отрицательно заряженные ионы электролита. Это не согласуется с положениями о протекании тока в электролитах, в соответствии с которыми заряды ионов, образующих электрический ток в электролите под действием приложенного к нему электрического поля, должны быть равны по величине, но противоположны по знаку, а электродные реакции должны быть сопряженными [9].

Обозначенные противоречия требуют дальнейшего изучения и обоснования.

1. Дасоян, M.А. Производство электрических аккумуляторов [Текст]: уч. пособие / М.А. Дасоян, В.В. Новодережкин, Ф.Ф. Томашевский; под ред.М.А. Дасояна. − М.: Высшая школа, 1965. – 468 с.
2. Болотовский, В.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов [Текст] / В.И. Болотовский, З.И. Вайсгант. − Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. − 208 с.
3. Белогуров, И.Г. Стартерные кислотные аккумуляторы [Текст] / И.Г. Белогуров. − М.: Воениздат, 1960. −168 с.
4. Дасоян, М.А. Современная теория свинцового аккумулятора [Текст] / М.А. Дасоян, И.А. Агуф. − Л.: «Энергия», 1975. − 312 с.
5. Долецалек, Ф. Теория свинцового аккумулятора [Текст] / Ф. Долецалек. – М. – Л.: ОНТИ «Энергоиздат», 1934. – 155 с.
6. Акимов, С.В. Электрооборудование автомобилей [Текст]: учебник для вузов / С.В. Акимов, Ю.П. Чижков. −М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2003. − 384 с.
7. Ютт, В. Е. Электрооборудование автомобилей [Текст] / В. Е. Ютт. – М. : Горячая линия – Телеком, 2009. – 440 с.
8. Лоренц, А.К. К вопросу о термодинамическом обосновании теории двойной сульфатации [Текст]: сб. науч.-исслед. раб. по химич. источн. тока / А.К. Лоренц. − М. − Л.: ЦАЛ, 1939. − Вып. 4. − С. 35−54.
9. Багоцкий, В.С. Химические источники тока [Текст] / В.С. Багоцкий, А.М. Скундин. − М.: Энергоиздат, 1981. − 360 c.

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Физика автомобильного аккумулятора

С приходом морозов резко возросло количество вопросов и постов связанных с отказом аккумуляторной батареи (АКБ) заводить автомобиль. Вот например один из них. Чаще всего все аккумуляторные проблемы связаны с незнанием того как работает аккумулятор. Многие полагаются на магическую маркетинговую надпись “необслуживаемый” на батарее.

Мифы и байки об устройстве аккумулятора

В свое время я решил выяснить всю суть процессов происходящих внутри АКБ, чтобы точно знать, как правильно заряжать и обслуживать аккумулятор. Но к кому бы из корифеев автомобилистов или электриков я не приставал с расспросами, никто так и не смог мне толком ничего объяснить. Кто-то честно сознавался, что не знает, а кто-то начинал рассказывать мифы и байки, которые сводились к двум типам.

Первый миф-байка заключался в том, что АКБ надо заряжать строго определенным током и при установке на машину аккумулятора большей емкости, чем у штатного, он будет недозаряжаться. Моя практика опровергла этот факт: при определенных условиях недозаряженным оказывается любой аккумулятор даже 55АЧ, при генераторе в 120А. Опровержение этого мифа давал и журнал “За Рулем”: “Что помешает батарее зарядиться полностью? Уместно провести аналогию: если вы зачерпнули стакан воды из ведра или из огромной бочки, то для восстановления исходного уровня жидкости вам потребуется долить из-под крана все тот же стакан — как в ведро, так и в бочку.”

Именно эта неудачная аналогия привела к тому, что многие представляют себе аккумулятор как бочку с водой – второй миф. Сознаюсь честно: долгое время я сам так думал, пока не столкнулся на практике с проблемами недостаточного заряда батареи. Видимо такие же проблемы и породили первый миф. В чем же неправ журнал? С точки зрения приведенного примера, когда мы говорим о стакане в ведре или бочке – все абсолютно верно. Но когда мы вылили больше половины ведра (или бочки), в этом случае сравнение абсолютно неверное. Почему – вот об этом я и хочу рассказать.

Что происходить в аккумуляторе и почему он бывает недозаряжен

Не буду останавливаться на химических процессах, протекающих в аккумуляторе, кому интересно смогут легко найти описание в интернете. Ограничусь лишь упоминанием того, что основная химическая реакция происходит с выделением электронов (разрядка) или их поглощением (зарядка). Важным является физическая составляющая процесса протекания реакции.

Пластины аккумулятора представляют собой пористый материал, и реакция проходит как на поверхностном слое пластин, так и внутри пористого материала. Причем реакция, как разрядки, так и зарядки проходит в направлении от поверхности вглубь пористого материала. Основная проблема заключается в том, что для протекания процессов в глубине пористого материала требуется более высокое напряжение зарядки, чем на поверхности. Если посмотреть в инструкцию на аккумулятор или автомобильное зарядное устройство, то мы увидим, что в процессе зарядки аккумулятора напряжение постепенно увеличивается до 14.5-14.8 Вольт

Но любой автомобильный генератор не выдает ни 14.5 ни тем более 14.8В! Нормой является 13.8-14В! Почему – об этом я расскажу позже, а пока давайте разберемся что же происходит внутри АКБ, когда зарядка происходит от гернератора.

Итак, мы садимся в автомобиль, с полностью заряженным аккумулятором и поворачиваем ключ стартера и на запуск автомобильного двигателя расходуется энергия АКБ. Как я уже писал выше, процесс заряда и разряда начинается с поверхности пластин и продолжается вглубь. При нормальном пуске расходуется очень небольшое количество энергии, и напряжения в 13.8В достаточно с избытком, чтобы восстановить (зарядить) пластины в поверхностном слое. Так происходит во время обычных наших поездок: стакан взяли — стакан вернули. И тут действительно абсолютно не важна емкость: бочка или ведро.

Но что же происходит в аккумуляторе, когда ситуация становится нештатной и вместо стакана мы зачерпнули значительно больше? Не важно, произошло ли это потому, что забыли выключить потребители на ночь, или же автомобиль долго стоял и разрядился из-за сигнализации, или же мы долго крутили стартером. Разрядка аккумулятора прошла гораздо глубже в толщу пористого слоя.

После запуска двигателя (допустим нам хватило остатков энергии в АКБ или мы “прикурили”) генератор начал вырабатывать электроэнергию и начался процесс заряда. По мере зарядки реакция идет с поверхности вглубь пористого вещества пластин. В какой-то момент напряжение достигает максимальных 13.8-14В и процесс заряда практически прекращается. Мы наивно полагаем, что наша батарея полностью заряжена, но это не так. Заряженными оказываются только поверхностные слои пластин, а часть пористого вещества внутри оказывается не прореагировавшей! Мы можем смело заглушить двигатель, и он бодро и легко заведется снова – ведь разрядка начнется снова с поверхности пластин! Но по факту оказывается, что аккумулятор потерял значительную емкость, которая хранилась в глубине.

С таким недозарядом можно ездить долго, ведь потеря половины емкости аккумулятора почти незаметна. Что же происходит с приходом холодов? Химические реакции замедляются, ухудшается внутренняя проводимость аккумулятора, стартерные токи возрастают из-за увеличения вязкости масла. При таких условиях, чтобы получить большой стартерный ток, требуется большая площадь, по которой будет протекать химическая реакция, а она оказывается уменьшенной вдвое от нормы. Именно это является причиной того, что аккумулятор, который отлично работал летом, зимой отказывается заводить автомобиль.

Ситуация, когда утром не удалось завести автомобиль — это не самое страшное! Эту проблему легко решить “прикурив” или зарядив аккумулятор. Самое плачевное, что в процессе нахождения в незаряженном состоянии аккумулятор начинает деградировать – в нем начинают протекать процессы называемые “сульфацией”. Может показаться, что это не страшно, т.к. аккумулятор то наполовину заряжен, а значить сульфироваться не должен. Но это не так — нельзя быть “слегка беременным”. Если рассматривать процесс заряда аккумулятора, то часть емкости пластин заряжена (прореагировала), а часть нет. Именно на этих не прореагировавших пластинах и будут образовываться кристаллы сульфатов. Существует процедура восстановления сульфатированных АКБ, но она долгая и никогда не восстанавливает аккумулятор полностью, так что лучше до этого не доводить.

Почему нельзя это исправить

А почему бы не поднять напряжение автомобильного генератора до требуемых 14.5-14.8В, чтобы аккумулятор заряжался? Конечно, в этом случае батарея зарядится полностью, но прослужит не долго. Все дело заключается в том, что при 13.8В начинается другой, очень не хороший процесс — аккумулятор начинает “кипеть”! Название это условное, т.к. на самом деле ничего не кипит, но происходит выделение водорода и кислорода в виде пузырьков газа, которое отдаленно напоминает кипение. При процессе этом расходуется вода, содержащаяся в электролите. Продолжительная работа на повышенном напряжении приведет к тому, что аккумулятор очень быстро израсходует воду и перестанет работать вообще. По этой же причине следует очень аккуратно и вдумчиво пользоваться нестандартными регуляторами напряжения генератора, например так всеми любимыми “трехрежимниками”.

Миф о необслуживаемых аккумуляторах

Ну и пару слов хочется сказать про “необслуживаемые” аккумуляторы. Таких в автомобилях — нет! Это словосочетание придумано продавцами в 90х годах, когда в аккумуляторы стали добавлять кальций, который уменьшал степень “выкипания” воды и необходимость контролировать уровень электролита с той же частотой, что и уровень масла, отпала. Но при использовании стационарного зарядного устройства эта процедура обязательна до сих пор. Расход воды есть даже в дорогих AGM батареях, в которых применяются технологии герметизации и рекуперации – и их тоже надо обслуживать.

Большинство “необслуживаемых” аккумуляторов имеют нормальные пробки для долива воды. Если какой-то производитель сделал АКБ без пробок, то такой аккумулятор правильно называть ОДНОРАЗОВЫЙ: поставил и забыл, сдох, выкинул, купил следующий – идеальная схема фурсенковского общества потребителей. Но и такие АКБ можно доработать.

Что же делать

Можете пойти по пути, предложенному выше: раз в два-три года заменять батарею на новую. Но если регулярно и правильно обслуживать АКБ, то можно увеличить срок жизни аккумулятора до 8-10 лет без значительного ухудшения характеристик. Для этого надо просто держать аккумулятор всегда заряженным. Если случилась сильная разрядка, то обязательно, и как можно скорее, зарядить аккумулятор стационарным зарядным устройством, а после этой процедуры проверить уровень электролита и долить дистиллированную воду при необходимости. Процедуру зарядки АКБ стоит проводить и профилактически, даже если сильных разрядов не было. Периодичность профилактики — два раза в год: перед зимой и после. А если пробеги маленькие, то имеет смысл делать это чаще.

BONUS: Всего одна картинка о качестве китайских вольтметров, которыми многие измеряют напряжение на своих генераторах, а потом пишут в комментариях, что у них реле регулятор выдает 14.5 в. — я не удивлен.