Вернуть свинцово-кислотный аккумулятор из мертвых: 9 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Из всех старых конструкций батарей свинцово-кислотные являются наиболее широко используемыми. Его плотность энергии (ватт-часов на кг) и низкая стоимость делают их широко распространенными.

Как и любой вид батареи, он основан на электрохимической реакции: взаимодействии между различными химическими веществами, которое, по сути, создает избыток электронов с одной стороны и дефицит с другой. Эта разность («потенциал») представляет собой напряжение и позволяет протекать току, когда электроны циркулируют по цепи, чтобы восполнить этот дефицит. По мере нейтрализации разницы доступный заряд в аккумуляторе уменьшается. Ключевым моментом в перезаряжаемых батареях является то, что эта реакция обратима, поскольку подача тока в батарею (в отличие от вытягивания из нее) восстанавливает заряд. Другие электрохимические реакции могут приводить к более высокой плотности энергии за счет того, что они не являются перезаряжаемыми.

Напряжение, генерируемое каждой реакцией, более или менее фиксировано (оно немного меняется в зависимости от процента заряда). Свинцово-кислотный - 2 вольта. Например, никелевые аккумуляторы имеют напряжение 1,2 или 1,4 В, а литиевые элементы - 3,7 В. Из-за этого, если вам нужна батарея на 12 В, вам нужно будет разместить несколько из этих реакций последовательно, чтобы сложить напряжения. Каждый из них называется ячейкой. Как вы можете видеть на фотографиях, свинцово-кислотный 12-вольтовый аккумулятор состоит из 6 ячеек. Обычны 12v, 6v, 8v и даже одноэлементные 2v батареи.

Далее я объясню, как можно построить свинцово-кислотные элементы, чтобы вы могли определить, что нужно сделать с вашей конкретной батареей.

Шаг 1. Определите свой тип батареи

Эти батареи состоят из 3 основных компонентов. Да, это свинец и кислота. В частности, раствор серной кислоты, свинцовые пластины и пластины оксида свинца. Свинцовые пластины отрицательные. Оксид свинца дает положительный результат, поскольку атомам кислорода, связанным со свинцом, «не хватает» электронов (электроны имеют отрицательный заряд), поэтому «менее отрицательный» = положительный. Серная кислота, растворенная в воде, называется электролитом и переносит электроны к пластинам и от них, а при реакции со свинцом высвобождает электроны.

Количество, толщина и размер пластин могут варьироваться, а также способ удерживания электролита.

Стартерные аккумуляторы и аккумуляторные батареи глубокого разряда

Различное назначение этих батарей означает, что размер пластин разный. Стартерная батарея - это то, что вы обычно найдете в бензиновых автомобилях. Их основная задача - на короткое время подать большой ток, чтобы повернуть двигатель, проворачивающий двигатель, для запуска. Их обычное использование не разряжает их слишком сильно - только одно большое короткое погружение, которое заряжается довольно быстро. Генератор в автомобиле поддерживает аккумулятор заряженным, поскольку он управляет фарами, стереосистемой, ЭБУ и всей другой электроникой.

С другой стороны, батареи глубокого разряда предназначены для медленных, но значительных разрядов. Они могут быть не в состоянии обеспечить такой сильный удар по прихоти (например, большие скачки тока), но могут быть разряжены гораздо больше, прежде чем понесут ущерб. Это то, что вы найдете в ИБП, системах солнечной энергии, аварийном освещении и многих электромобилях, таких как вилочные погрузчики, тележки для гольфа, некоторые грузовики для доставки, ранние и самодельные электромобили, а также детские игрушки для катания на велосипеде.

Залитые и герметичные батареи

Это различие возникает из-за того, как электролит удерживается в ячейке. Пластины необходимо окружить раствором серной кислоты, чтобы могла произойти реакция. Самый простой способ добиться этого - просто погрузить пластины в жидкий раствор. Вот и все: залил аккумулятор. Залитые батареи могут быть стартерными (большинство автомобильных аккумуляторов) или глубокого разряда (например, аккумуляторы для вилочных погрузчиков или гольф-каров).

Большим преимуществом является то, что, поскольку при зарядке теряется немного воды (подробнее об этом позже), вы можете заряжать быстрее, так как вы можете позволить себе терять больше воды и просто доливать ее время от времени. Большой минус в том, что их можно устанавливать только горизонтально.

Герметичные или «необслуживаемые» батареи вместо этого имеют лист стекловолокна между пластинами - абсорбирующий стекломат или AGM, что также является другим названием для них. Стекловолокно впитывает раствор и удерживает его в контакте с обоими видами пластин, а также предотвращает их прикосновение и короткое замыкание в случае повреждения аккумулятора. Это означает, что они также могут быть установлены под углом и подвергаться большему злоупотреблению перед тем, как пролить или вызвать проблемы.

Поскольку при зарядке выделяется водород, свинцово-кислотные батареи нуждаются в вентиляции, чтобы они могли выпустить лишний газ. Герметичные батареи имеют клапаны для управления выпуском, что привело к еще одному названию герметичных батарей: VRLA для свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанным регулированием.

Другой вид - это гелевые клетки, в растворе которых есть загуститель, поэтому они сочетают в себе некоторые преимущества обоих предыдущих типов. Я с такими не сталкивался, но в принципе можно восстановить таким же образом, хотя может потребоваться некоторая встряска. Они распространены в стартерах как автомобильные аккумуляторы с высокими эксплуатационными характеристиками.

Шаг 2: как умирает свинцово-кислотная батарея

Теперь, когда мы рассмотрели принцип работы и конструкции батарей, будет легче объяснить, как они могут выйти из строя. Это два основных способа, по которым они перестают удерживать заряд:

Проблемы с серой

Те, кто склонен к химии, заметят, что по мере того, как серная кислота откладывает электрон на другой стороне, атом серы должен куда-то уйти, поэтому он образует сульфат свинца на верхней части свинцовой пластины. Теоретически это меняется при перезарядке, но в действительности не происходит для 100% серы. Кристаллы могут образовываться и либо прилипать к меди, уменьшая ее активную поверхность (сульфатирование), либо опускаться на дно, унося часть свинца, оставляя ямы в пластине (точечная коррозия или коррозия), а также уменьшая количество серной кислоты. кислота, доступная в растворе.

Некоторое количество сульфатирования неизбежно при циклах зарядки и разрядки и является основным способом старения аккумулятора и его выхода из строя. Неправильная зарядка и разрядка (слишком быстрая или слишком глубокая) может привести к этому преждевременно.

Проблемы с водой

Серная кислота составляет лишь небольшую часть жидкости внутри батареи, около 25%. Поэтому его нужно растворить в воде, чтобы он достиг всей площади пластин. Поскольку они имеют разные точки кипения, вода может испаряться и выделяться из смеси, уменьшая ее объем и эффективно «высушивая» аккумулятор.

Это чаще встречается с батареями, которые не часто меняют, и происходит из-за факторов окружающей среды.

Он мертв?

В любом случае напряжение на клеммах батареи будет очень низким (всего несколько мВ). Сопротивление также будет очень высоким, но не используйте режим сопротивления мультиметра для его измерения! Скорее это означает, что через него проходит только очень небольшое количество тока, как через большой резистор. Вы можете увидеть это, если включить амперметр последовательно между аккумулятором и зарядным устройством, где вы будете измерять только небольшой ток (несколько миллиампер).

Батарея, которую я использую в качестве примера, имела преждевременную потерю воды. Он был куплен новым 10 лет назад и ни разу не использовался. Вся вода испарилась, и электроны не могли двигаться.

Если аккумулятор сульфатирован, этот метод, вероятно, не сработает. Это могло не дать результатов или дать лишь ограниченные результаты. Во-первых, емкость аккумулятора, вероятно, будет меньше. Я читал, что можно использовать сильный ток, чтобы заставить кристаллы сульфата свинца растворить серу обратно в раствор и с пластин, но я никогда не пробовал. Используемые токи находятся в диапазоне 100-200 А (да, целые амперы!), Поэтому обычно используется сварочный аппарат (они выдают низкое напряжение при очень высоком токе).

Шаг 3: Откройте Er Up

На оставшихся этапах я сосредоточусь на герметичных батареях, подобных тем, которые я восстанавливаю сам.

Залитые батареи предназначены для открывания, и на них будет указано, где вы можете оторвать крышки. Они также предназначены для повторного наполнения, так что это должно дать хорошие результаты, если вы увидите, что они высохли.

С другой стороны, герметичные батареи не предназначены для вскрытия. Но мы не слишком возражаем против этого. Вы, вероятно, заметите прорези вокруг крышки. На самом деле это отверстия, через которые выходит излишек водорода. Вы можете использовать эти точки, чтобы поддеть крышку с помощью небольшой отвертки с плоской головкой. Хотя может показаться, что у него есть зажимы, на самом деле крышка приклеена в нескольких местах.

Теперь вы можете увидеть 6 клапанов, которые составляют 6 ячеек этой батареи. Чтобы заглянуть внутрь, снимем их, но будьте осторожны:

• Внутри может быть некоторое давление, из-за которого клапан вылетит при подъеме. Рекомендуются плоскогубцы.
• Вокруг клапана также может быть немного кислоты, которая, удалив ее, может попасть на вас. Рекомендуется использовать перчатки и / или очки, а также держать шейкер с бикарбонатом натрия для нейтрализации любых разливов.
• Клапаны очень важны. Не теряйте их!

Шаг 4. Осмотрите

Осветите отверстия клапанов и загляните в ячейки. Вы можете оценить свинец, оксид свинца и мат из стекловолокна.

Если все выглядит очень сухо - отлично! Добавление воды вернет батарею жизнь. По крайней мере, немного. Так что читайте дальше.

Помните: если вы четко видите жидкость, но при этом на клеммах присутствует всего несколько мВ, этот метод вам не подойдет. Ваш аккумулятор, вероятно, сульфатирован.

Вставьте провода мультиметра в соседние ячейки и измерьте напряжение и сопротивление. Это шорты искать. Сначала проверьте напряжение, и вы должны получить максимум несколько милливольт. Если результат измерения кажется нулевым или слишком близким к нему, измерьте сопротивление. Очень низкое значение указывает на то, что в элементе произошло короткое замыкание, то есть соприкасаются противоположные пластины. Я бы не рекомендовал восстанавливать их, так как напряжение зарядки будет ниже (вы заряжаете меньше ячеек), а обычное зарядное устройство повредит другие. Если вы знаете, что делаете, и можете смириться с управлением напряжением батареи для инвалидов, во что бы то ни стало дайте ей еще один шанс на жизнь. Если нет, помните, что эти батареи на 95% подлежат вторичной переработке.

Шаг 5: Найдите подходящую воду

Вопреки общеизвестному мнению, чистая H2O на самом деле не является проводящей. Водопроводная вода будет проводить электричество из-за растворенных в ней примесей. Натрий и другие минералы, присутствующие в нем, образуют соли, которые могут переносить электроны.

Поскольку реакция в нашей батарее зависит от серной кислоты, переносящей электроны, очень важно, чтобы в добавляемой нами воде не было других молекул, несущих заряд.

Введите дистиллированную воду!

В этой воде химически отделены все примеси. Его можно найти во многих супермаркетах. Обычно его используют в утюжках для одежды, поскольку водопроводная вода содержит кальций, который может забивать их небольшие внутренние каналы.

Кроме того, после дистилляции с водой для инъекций обращались стерильно. В этом нет необходимости, но поскольку он доступен в аптеках, для многих (как и для меня) его легче найти, и он такой же дешевый.

В крайнем случае или в сценариях постапокалиптического выживания (как вы это читаете?) Дождевая вода тоже работает хорошо, поскольку она была подвергнута естественной дистилляции (она испарилась в облака).

Шаг 6: заправка

Разрешите повторить: дистиллированная вода! Чем больше батарея, тем больше воды она вмещает, так как ячейки больше; мой 12AH содержал около 30 мл на ячейку (1 унцию?). Хорошо использовать мерный контейнер или шприц, чтобы количество воды, которое вы наливали в каждую ячейку, было одинаковым.

С помощью воронки или шприца налейте умеренное количество воды в первую ячейку, дождитесь, пока коврик впитает ее (если у вас нет залитой батареи, у которой нет коврика), и заполните ее до уровня чуть ниже верха. тарелки.

Уровень может измениться после пары зарядов, поскольку коврик впитывает раствор, а часть воды отделяется (электролизуется). Таким же количеством заполните остальные ячейки.

Остерегайтесь капиллярности! Ячейка может казаться полной, если капля жира прилипнет к стенкам отверстия клапана. Ватный тампон или легкое постукивание должны снова оставить отверстие свободным. Все клетки должны потреблять примерно одинаковое количество воды.

Шаг 7: Первый новый заряд

Первым зарядом будет «активационный заряд», при котором мы перезапускаем реакцию. На этом этапе ток, поступающий в батарею, будет очень низким. Он набирает скорость и заряжается с нормальной скоростью к 2-му или 3-му циклу.

Очень важно произвести первую зарядку при закрытых крышке и / или клапанах, чтобы излишек раствора, который неизбежно теперь находится в вашей батарее, не пролился так много. Это будет выглядеть как водород, поэтому также важно проветривать помещение, чтобы избежать взрывов!

Чтобы произвести первую зарядку, последовательно подключите аккумулятор к зарядному устройству с амперметром. Для этого нам нужно измерить ток. Также всегда можно использовать регулируемый блок питания. Он должен иметь контроль напряжения, а ограничение тока полезно, но не обязательно.

Проверьте этикетку аккумулятора на предмет предельного тока заряда. Если у вашего источника питания есть ограничение по току, я предлагаю установить его примерно на 80%.

Если ваша батарея не имеет указанного предела или этикетка стерлась, считайте, что предел составляет около 40% от номинальной емкости.

Для начала установите напряжение на 14,4 В. Это стандартное напряжение заряда для 12 В. Начальный ток будет очень небольшим. Если у вас есть источник питания, вы можете увеличить напряжение, чтобы ускорить реакцию. Многие зарядные устройства с "режимом восстановления" так делают. Повышение напряжения до 60 В для батареи 12 В безопасно, если вы уменьшите напряжение, поскольку батарея начинает принимать все больший и больший ток. Ограничение по току на вашем источнике питания будет постоянно снижать это напряжение для вас.

Если вы не можете выйти за пределы 14,4 В (например, если вы используете специальное зарядное устройство), просто продолжайте проверять ток. Сначала он будет увеличиваться только медленно, затем все быстрее и быстрее, вплоть до точки, где он начнет падать. Поздравляю, это нормальная зарядка!

На фотографиях видно это увеличение, а затем уменьшение тока

Когда ток становится примерно в 0,03 раза больше емкости аккумулятора, он заряжается более чем на 90-95%.

Шаг 8: запечатайте резервную копию и несколько первых применений

(Если аккумулятор не залит, просто закройте крышки) Как уже упоминалось, уровень воды может измениться. Если у вас есть время, зарядите и разрядите аккумулятор несколько раз (подключите лампочку, двигатель или другую нагрузку, которая быстро разряжает его), чтобы довести раствор до стабильного уровня.

Очистите и просушите клапаны и стержни клапанов. Снова установите клапаны и приклейте крышку обратно, ища места, где она была приклеена, и смажьте каждую каплю цианоакрилатного клея. Положите сверху немного груза и дайте высохнуть.

Шаг 9. Следите за этим

Ваш аккумулятор готов, но он был возвращен из мертвого, поэтому, по понятным причинам, он может вести себя странно. Емкость может быть уменьшена в зависимости от причины и степени повреждения. Моя казалась почти незатронутой, другие могут отдать только 20% своей прежней мощности. Вполне вероятно, что в них избыток воды. Это хорошо. Просто не забывайте оставлять заряд в проветриваемом, свободном от пламени месте, чтобы время от времени не было разливов. Я держу рядом солонку с бикарбонатом натрия.