Плотность электролита в аккумуляторе: измерение, корректировка

Что такое плотность электролита

В качестве электролита в аккумуляторной батарее используется водный раствор серной кислоты. Плотность электролита указывает на процент серной кислоты в растворе. Плотность электролита измеряют в граммах на кубический сантиметр (г/см3).

Плотность электролита автомобильных аккумуляторных батарей находится в диапазоне от 1,25 до 1,28 г/см3, что примерно соответствует 35% серной кислоты и 65% воды в растворе электролита. Чем больше концентрация серной кислоты в растворе, тем выше плотность электролита.

Узнать подробнее об электролите для аккумуляторов, его составе, приготовлении и замене электролита в аккумуляторе вы можете в нашей статье Электролит для аккумуляторов

Плотность электролита также зависит от его температуры и степени заряженности аккумулятора. Чем ниже температура электролита, тем меньше его плотность. Плотность электролита измеряют при температуре 25 °C, при другой температуре электролита требуется вносить температурную поправку.

Плотность заряженного на 100% электролита обычно составляет около 1,28 г/см3, плотность электролита разряженного на 50% аккумулятора снижается до 1,20 г/см3, плотность электролита полностью разряженного аккумулятора падает до 1,10 г/см3.

Принцип действия аккумулятора

Говоря о плотности аккумуляторного электролита, нужно начать с самого принципа работы автомобильных аккумуляторов. Во время заряда-разряда в аккумуляторе протекают около 60 реакций, как утверждают исследования еще советских времен,но основной из них является только одна: в процессе разряда оксид свинца на катоде (отрицательном электроде) и свинец на аноде (положительном электроде) «забирают» сульфат-ионы из раствора серной кислоты, превращаясь в сульфат свинца, причем на катоде дополнительно образуется вода, а при заряде сульфат свинца, напротив, «отдает» сульфат-ионы в электролит.

Таким образом, во время разряда плотность электролита падает, при полном разряде между пластинами фактически остается дистиллированная вода, а во время заряда она возрастает. Тогда почему падает плотность раствора в аккумуляторе со временем, если эти процессы зеркальны?

Причина в том, что сульфат свинца, образующийся при разряде аккумуляторной батареи, не всегда полностью расходуется в ходе заряда. Особенно это заметно на морозе и после длительного пребывания батареи в разряженном состоянии: пластины покрываются сначала белыми разводами крупнокристаллического сульфата свинца, а затем эти кристаллы постепенно осыпаются вниз и в дальнейшей реакции, проходящей при зарядке, практически не участвуют.

Поэтому сульфатация пластин аккумулятора является однозначно вредным явлением. Снижается емкость аккумулятора, прочность пластин, а из-за падения плотности электролита батарея хуже набирает заряд: чем ниже плотность раствора, тем хуже проводимость. Полностью разряженный аккумулятор практически не принимает заряд – сопротивление электролита между его пластинами слишком велико.

Однако плотность может со временем и вырастать. Так как электролит – это не чистая серная кислота, а ее водный раствор, то при зарядке АКБ протекает еще одна реакция: банальный электролиз воды, малозаметный в начале цикла, но к концу идущий по нарастающей. Поэтому старые рекомендации по заряду обслуживаемых АКБ советовали дождаться «кипения» аккумулятора – резкого роста выделения кислорода и водорода в банках. Теряя воду, со временем электролит снизит свой уровень, а плотность его неизбежно возрастет – даже с учетом постепенного связывания серной кислоты на пластинах и в осыпи вода при «кипении» теряется быстрее.

Какая плотность электролита должна быть в аккумуляторе

Требуемая плотность электролита аккумулятора зависит от климатических условий региона, в котором эксплуатируется автомобиль.

Выделяют пять климатических зон в зависимости от средней температуры января: Крайний Север (от -50 до -30), Северная зона (от -30 до -15), Центральная зона (от -15 до -4), Южная зона (от -4 до +4) и Тропическая зона (от +4 до +6).
Чем суровее климатическая зона, тем большую плотность должен иметь электролит заливаемый в аккумулятор.

Таблица плотности электролита в АКБ

Климатическая зона (со средней температурой в январе, °C)Плотность электролита при 25 °CЗаливаемогоВ полностью заряженном аккумуляторе

Крайний Север (от -50 до -30)	1,27	1,29
Северная зона (от -30 до -15)	1,26	1,28
Центральная зона (от -15 до -4)	1,24	1,26
Южная зона (от -4 до +4)	1,22	1,24
Тропическая зона (от +4 до +6)	1,2	1,22

Например:

Средняя температура января для Москвы составляет −6,5 °C, таким образом Москва относится к Центральной зоне, плотность заливаемого электролита должна составлять 1,24 г/см3.

Средняя температура января для Санкт-Петербурге составляет −4,8 °C, таким образом Санкт-Петербург относится к Центральной зоне, плотность заливаемого электролита должна составлять 1,24 г/см3.

Средняя температура января для Краснодара составляет 1 °C, таким образом Краснодар относится к Южной зоне, плотность заливаемого электролита должна составлять 1,22 г/см3.

Информацию о средней температуре января для своего города вы можете найти в Интернете. Следует помнить, чем более низкая плотность электролита в заряженном аккумуляторе, тем дольше он проработает.

Порядок измерения плотности аккумулятора

Для начала аккумулятор необходимо установить на ровную горизонтальную плоскость и очистить  крышку от пыли и грязи. Лучше для этого использовать ткань, смоченную слабым раствором соды, как самой доступной щелочи: она нейтрализует возможное отпотевание электролита вокруг пробок.

Теперь проверяем уровень электролита. Проще это сделать на аккумуляторах с полупрозрачными стенками – на стенках есть риски, с помощью которых можно сразу понять, находится ли уровень в пределах допустимого. Важна не только сама высота уровня, но и равномерность по банкам: там, где уровень электролита заметно меньше, возможна неисправность (негерметичность стенок или днища, быстрое «выкипание» электролита из-за его чрезмерной изначальной плотности и так далее). Если стенки у аккумулятора непрозрачные, воспользуйтесь прозрачной трубкой, опуская ее в отверстия пробок до упора в набор пластин и затыкая после этого верхний конец пальцем: вытащив трубку, Вы увидите, насколько электролит выше пластин. Нормой считается высота уровня в 10-15 мм над пластинами.

Если в какой-то банке уровень электролита ниже нормы, доведите его до нужного,  аккуратно доливая дистиллированную воду. Как мы уже писали выше, чаще всего уровень снижается из-за потери воды за счет электролиза, поэтому восполнять уровень готовым электролитом нельзя.

Перед проверкой плотности обеспечьте батарее состояние стопроцентной заряженности – подсоедините зарядное устройство до момента «кипения» или до его отключения, если используете автоматическую модель. Это нужно и для того, чтобы плотность в банке выровнялась после доливания дистиллированной воды, иначе измерение даст ошибочный результат.

Распространенный прибор для контроля плотности – это ареометр, представляющий собой прозрачную колбу с грушей для набора жидкости. Внутри этой колбы находится грузик с делениями – в набранный электролит он погрузится на высоту, зависящую от плотности аккумулятора, и риска, по которую он погрузится, и укажет на результат измерения.

Однако есть и более удобный и универсальный прибор – речь идет об оптическом рефрактометре, который способен также измерять температуру замерзания охлаждающей жидкости и «омывайки». Для измерения достаточно капнуть на нужное место из пипетки и прижать каплю прозрачным стеклом-крышкой. Посмотрев на свет через рефрактометр, вы увидите по риске плотность электролита. Это быстрее, да и точнее, чем привычный способ с ареометром.

Как повысить или понизить плотность в аккумуляторе

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе или, наоборот, понизить ее, если измерения показали, что она выходит за пределы нормы? Сразу предупредим: придется повозиться.

Для начала нужно запастись электролитом повышенной (и заранее известной!) плотности. Для удобства возьмем электролит с плотностью 1,4 г/см3 – он достаточно безопасен при работе. Далее необходимо узнать, каков объем одной банки аккумулятора, полностью слив ее в стеклянную градуированную емкость. Отнимая некоторое количество электролита и доливая заранее запасенный «крепкий» (или, наоборот, дистиллированную воду), можно соответствующим образом довести плотность до необходимой. Ориентируйтесь на следующую таблицу для объема в 1 литр:

Измеренная плотность	Отбор электролита, мл	Доливка электролита, мл	Доливка воды, мл
1,24	252	256
1,25	215	220
1,26	177	180
1,27	122	126
1,28	63	65
1,29
1,30	36		38

В результате вы получите 1 литр электролита с плотностью 1,29 г/см3 – эта величина находится ровно посреди допуска.

Приведем пример: из банки слилось 0,8 литра раствора с плотностью 1,24 г/см3. Из простейшей пропорции можно вычислить, что нам нужно отлить 201 мл из этого объема и добавить 204 мл «крепкого» электролита. Почему различаются объем доливки и удаляемый объем? Любой бывалый самогонщик подскажет: раствор серной кислоты в воде, как и в случае со спиртом, меняет свой объем в зависимости от процентного соотношения компонентов, и 100 мл кислоты в смеси со 100 мл воды дадут отнюдь не 200 мл раствора.

Можно ли избежать этой возни? Естественно. Раз уж вам приходится сливать электролит из банки, то гораздо быстрее сразу залить туда свежий электролит нормальной плотности. Не помешает и промыть перед этим его дистиллированной водой: это лишний плюс для ресурса батареи.

Видео: Как правильно поднять плотность электролита в аккумуляторе

Причины искажений показаний плотности раствора в АКБ

Перед тем как проверять плотность электролита в аккумуляторной батарее важно разобраться с причинами, приведшими к ее резкому снижению. Основными причинами изменений плотности, не связанными с рабочим разрядом аккумулятора, являются:

• Испарение раствора.
• Просачивание электролита через уплотнения в пробках из-за того, что автомобиль передвигался по бездорожью.
• Усиленная разрядка АКБ, приводящая к оседанию кислоты на пластинах (эффект сульфатации).

Рассмотрим каждую из этих причин более подробно.

Испарение и закипание электролита

Интенсивное испарение электролита возможно из-за длительной эксплуатации аккумулятора, располагающегося в непосредственной близости от нагретого двигателя. Вследствие этого в очень жаркую погоду он может «закипеть», что сопровождается обильным выделением газов. Поэтому следует быть очень внимательным к состоянию АКБ при повышенных температурах воздуха.

По этой же причине в летний период рекомендуется систематически проверять плотность нагретого электролита (не реже раза в неделю). При обнаружении испарения раствора в банки достаточно долить некоторое количество дистиллированной воды. Доливка должна сопровождаться обязательным перемешиванием получившегося раствора.

Вытекание жидкого раствора

При обнаружении следов выплескивания или вытекания электролита из банок аккумулятора следует долить в них недостающее количество раствора. Но прежде потребуется удалить с поверхности АКБ разлившуюся смесь посредством чистой ветоши, пропитанной нашатырным спиртом или раствором кальцинированной соды.

Верхнюю часть корпуса аккумулятора необходимо постоянно содержать в чистоте. При ее сильном загрязнении смесью из брызг электролита и масла потребуется механическая очистка. Для этого можно воспользоваться щеткой с жесткой щетиной.

Сульфатация пластин

Образование на пластинах АКБ сплошного налета из сернокислого свинца (сульфатация) является результатом неправильной эксплуатации батареи. Причины пооявления этого эффекта следующие:

• Аккумулятор длительное время хранился в разряженном состоянии.
• Его эксплуатация при низких или высоких температурах.
• Частые короткие поездки в зимнее время (плохая подзарядка АКБ).
• Неполная зарядка батарей при их текущем обслуживании.

Важно! Самые благоприятные условия для сульфатации – когда аккумулятора оказался разряженным до минимального уровня (1,18).

Снижение его рабочих показателей объясняется тем, что осевшие на поверхностях твердые кристаллы ухудшают проводимость и снижают разрядный ток. Начавшийся процесс образования налета может быть остановлен применением специальных зарядочных методик.

Практические советы

• В зимний период запуск двигателя, как правило, затруднен. Поэтому, если машина стояла в холодном боксе и АКБ с нее не снималась, то ее желательно предварительно прогреть (повысить температуру электролита). Самый простой способ – включить осветительные приборы (например, дальний свет).
• Необходимо чаще контролировать состояние клемм, особенно при сезонном понижении температуры. Уменьшение плотности электролита влечет увеличение значения внутреннего сопротивления батареи, а, следовательно, и всей эл/цепи «запуска». Вспомнив закон Ома, несложно понять, что пусковой ток становится несколько меньше, что и затрудняет работу стартера (не создается должный крутящий момент).
• Если в батарею требуется долить воду (дистиллированную), то специалисты рекомендуют делать это, не снимая АКБ с машины и при запущенном двигателе. Объясняется это следующими причинами.

Во-первых, значения плотностей электролита и воды отличаются, и такой способ доведения уровня в банках до нормы обеспечивает качественное перемешивание жидкостей.

Во-вторых, если долить воды и после этого не эксплуатировать машину, а уйти хотя бы на время, то она может элементарно замерзнуть, так как легче электролита и, следовательно, будет являться «поверхностным слоем» жидкости в каждой банке.

• Ни в коем случае нельзя добиваться повышения значения плотности путем банального добавления в электролит кислоты!!! Объяснение простое – чем агрессивнее среда, тем меньше срок пригодности АКБ к использованию. Именно по этой причине некоторые автомобилисты не могут понять, почему уже через год после приобретения вроде бы новая батарея уже ни на что не годится. Вывод – только постановка на зарядку.
• Многие автомобилисты в зимний период ставят машину «на прикол». Им не рекомендуется оставлять АКБ по месту установки. Целесообразнее ее снять, полностью зарядить и перенести в прохладное помещение (например, спустить в погреб), предварительно «укутав» во влагонепроницаемый материал. В каждом регионе «своя» зима (по продолжительности). Поэтому не реже раза в пару месяцев ее стоит проверять «на плотность» и при необходимости подзаряжать. Такая аккуратность в уходе вполне окупится более продолжительным сроком эксплуатации батареи.

И напоследок – не нужно стесняться спрашивать советов у людей опытных. В любом гаражном комплексе есть автолюбители, которые характеризуются продолжительной безаварийной эксплуатацией, аккуратностью в уходе за «железным конем». А если такой человек имеет и большой стаж вождения (а значит, и обслуживания), то его рекомендации (и по плотности тоже), лишними никак не будут.

Проводим проверку – подробная инструкция

Определить плотность можно самостоятельно, если под рукой имеется:

• профессиональный денсиметр — стеклянная трубка, в которую погружается ареометр;
• защитные перчатки, костюм, очки — серная кислота, соприкасаясь с кожей, вызывает химические ожоги;
• теплое нежилое помещение с хорошей вентиляцией.

Измерение провести несложно:

• аккумулятор вынимается из посадочного гнезда, а пробки вывинчиваются;
• визуально оценивается уровень электролита — на 1,5 см должен быть выше, чем верхний край пластин;
• крышки выкручиваются, а батарея заряжается на 100%;
• через 8 часов после зарядки денсиметр погружают поочередно в каждую банку;
• из каждой банки выкачивается немного наполнителя — ареометр должен свободно плавать в растворе, а показатели оцениваются с учетом погоды.

Все хорошо, если показания не опускаются ниже 1,24 г/ см3. Показатели для разных банок не должны отличаться больше, чем на 0,02–0,03 единицы. Если они не отступают от нормы — возвращаем заглушки на место, устанавливаем батарею.

Как восстановить плотность самостоятельно?

Если мы видим, что плотность снизилась, можно попробовать исправить это самостоятельно. Есть два способа, каждый из которых — довольно опасный, потому что работать придется с серной кислотой.

1. Долить корректирующий раствор

Придется подсчитать, сколько нужно использовать корректирующей жидкости и дистиллированной воды, чтобы провести замену эффективно.

Схема такая:

• вытягиваем грушей немного вещества из банки;
• заменяем его аналогичным объемом раствора;
• ставим АКБ на зарядку, ждем полчаса, чтобы жидкости перемешались;
• оставляем источник питания на 1–2 часа, чтобы жидкость остыла, пузырьки перестали образовываться;
• проводим замер — если нужно, повторяем процедуру.

2. Долить серную кислоту

Если параметр становится ниже 1,18 г/см3, используем кислоту. Схема действий та же, только шаг разбавления берется маленький, чтобы не пропустить нужную отметку.

Теперь вы знаете, как определить нормальную плотность электролита в аккумуляторе с учетом сезона. Остается решить, что делать, когда показатель сильно отстает от нормы. Вы можете попробовать самостоятельно восстановить плотность, используя корректирующий раствор или серную кислоту. Но не стоит дырявить конструкцию, переворачивать АКБ или следовать другим странным советам из интернета. Намного эффективнее и безопаснее обратиться к специалистам или купить новый аккумулятор.

Чем опасная низкая и высокая концентрация электролита

Из-за повышенной концентрации аккумулятор быстрее выйдет из строя. Кислота разрушительна для пластин из металла – «химия» способна испортить даже сталь.

Низкая же концентрация приводит к:

Сульфатация пластины АКБ.

• сульфатации. Так называется процесс, когда на свинцовых пластинах появляется белесый налет – отложения сульфата свинца. С ними батарея хуже принимает заряд, а то и вовсе отказывается заряжаться;
• повышению порога замерзания. Когда плотность на отметке 1.28 г/см3, жидкость мерзнет только при температуре в -58°. Если ниже, замерзнет и в -5°. Из-за льда повреждаются пластины, повышается риск короткого замыкания, после которого уже нельзя «реанимировать» аккумулятор;
• проблемам с запуском двигателя, в особенности зимой.