Способы восстановления работоспособности сульфатированных электродов

Отдельные методы могут помочь восстановить емкость аккумуляторов (в том случае, если имеет место сульфатация).

1. Заряд реверсивными токами.

Сильно засульфатированный аккумулятор непригоден к работе. Сульфатацию электродов в значительной мере можно предотвратить (а засульфатированные электроды — частично восстановить) разными способами. Одним из способов профилактики сульфатации и восстановления работоспособности засульфатированных электродов является заряд аккумуляторной батареи реверсивным током.

Реверсивный ток — это переменный ток с различными амплитудами и длительностями импульсов обеих полярностей за каждый период их следования. За каждый период следования импульсов тока аккумулятор заряжается и частично разряжается. При определенном соотношении амплитуд и длительности импульсов прямого и обратного тока снижаются газовыделение и температура электролита.

В соответствии с теорией и практикой электрохимических процессов заряд аккумулятора реверсивным током дает возможность управлять восстановительными реакциями и структурными изменениями активного материала электродов. Меняя соотношения между зарядными и разрядными импульсами, а также изменяя их амплитуду, можно получать кристаллы сульфата свинца различных размеров и форм. Это позволяет увеличить пористость и суммарную площадь действующей поверхности электродов, то есть увеличить поверхность соприкосновения электролита с активным материалом электродов, облегчить условия диффузии и выравнивания концентрации электролита в приэлектродном слое. Увеличение пористости способствует повышению величины максимального тока заряда и разряда.

При заряде реверсивным током в конце заряда выделяется меньше тепла и интенсивное газовыделение начинается позже, создаются оптимальные условия регулирования восстановительных реакций, уменьшаются скорости роста кристаллов сульфата свинца.

Порядок заряда реверсивным током аналогичен заряду постоянным током. Ясно, что для его реализации необходимо достаточно сложное специальное зарядное устройство — генератор реверсивного тока. Необходимо отметить, что простой однополупериодный 50-герцевый выпрямитель с небольшой разрядной нагрузкой практически десульфатирующим устройством не является.

Подробно метод восстановления емкости аккумуляторов с использованием реверсивных токов описан ниже.

Первый вариант. Десульфатация малым реверсивным током батарей, имеющих малую или среднюю степень сульфатации электродов.

Устанавливают величину зарядного реверсивного тока равной 0.5 — 2 А. Десульфатация иногда продолжается 20 — 50 часов и более без перерыва. При этом плотность электролита возрастает. Неизменность напряжения и плотности электролита в течение 2 часов является признаком окончания десульфатации.

Второй вариант. При запущенной форме сульфатации применяют заряд малым током, наиболее эффективно — реверсивным.

Для этого разряжают аккумулятор до 1.8 В (10.8 В на батарее 6СТ), удаляют электролит, заливают дистиллированную воду. Ток устанавливают настолько малым, чтобы напряжение было не выше 2.3 В. По мере увеличения степени заряженности плотность электролита возрастает.

После того, как плотность электролита во всех аккумуляторах батареи достигнет величины 1.11 г/см3 — необходимо слить электролит, залить дистиллированную воду и продолжить десульфатацию малым реверсивным током при напряжении до 2.3 В.

При плотности электролита 1.12 г/см3 устанавливают величину реверсивного тока в 1 А. Когда плотность раствора перестанет возрастать и начнется равномерное газовыделение, заряд прекращают.

Затем в течение 2 часов аккумулятор разряжают током, составляющим 20% от нормального разрядного тока, после чего заряжают в том же режиме до получения постоянства напряжения и плотности электролита.

Такой разряд-заряд повторяют 2-5 раз, пока не достигнут постоянства напряжения и плотности электролита.

После этого добавляют аккумуляторную кислоту до плотности 1.21 -1.22 г/см3 и полностью заряжают аккумулятор. После заряда аккумулятор выдерживают 3 часа и корректируют плотность электролита.

Если была допущена сильная сульфатация во всех аккумуляторах батареи, то описанные процедуры десульфатации выполняются в каждом из них.

Если систематический подзаряд аккумулятора производится реверсивным током, то сульфатации электродов практически не наблюдается. Сульфатация электродов отсутствует и в аккумуляторных батареях, которые интенсивно эксплуатировались и быстро выработали полностью свой ресурс.

• сложный и дорогостоящий источник калиброванного реверсивного тока специальной формы;
• большое время заряда;
• низкий КПД процесса заряда;
• невысокая эффективность метода в случаях, когда речь идет о глубокой сульфатации аккумуляторов (больше подходит для профилактики сульфатации).

• почти полностью исключается необратимая сульфатация пластин, одна из причин старения и выхода из строя аккумулятора;
• при заряде малым реверсивным током, сила которого не превышает 1 -2 А, эффективно идет процесс десульфатации пластин и восстановления емкости аккумуляторной батареи. Поэтому такой режим заряда аккумулятора иногда называют «десульфатацией».

2. Восстановление с использованием тренировочных циклов

Контрольно-тренировочный цикл заряда-разряда проводится для предотвращения сульфатации и определения емкости аккумулятора. Контрольно-тренировочные циклы проводятся не реже одного раза в год и выполняются следующим образом: заряжают аккумуляторную батарею нормальным током до полного заряда; выдерживают ее 3 часа после прекращения заряда; корректируют плотность электролита; включают зарядку на 20-30 минут для перемешивания электролита; проводят контрольную разрядку постоянным нормальным током 10-часового режима и контролируют время полного разряда до напряжения 1,7 В на банку (10,2 В на аккумуляторную батарею); емкость батареи определяют как произведение величины разрядного тока и времени разряда. После контрольного разряда батарею сразу же ставят на зарядку и полностью заряжают. Если оказалось, что емкость аккумуляторной батареи меньше 50% номинальной, она считается неисправной.

• сокращает срок службы аккумуляторной батареи;
• большие трудозатраты (большое время восстановления);
• большие затраты электроэнергии.
• невысокая эффективность метода в случаях, когда речь идет о глубокой сульфатации аккумуляторной батареи (больше подходит для профилактики сульфатации).

3. Восстановление механическим путем (промывка годных и замена вышедших из строя элементов)

Методы восстановления аккумуляторов, основанные на их разборке с промыванием годных и заменой непригодных для дальнейшего использования электродов, являются экологически «грязными» и трудоемкими. Промывание не позволяет полностью удалить все отложения с поверхности электродов.

4. Восстановление с использованием импульсных токов

Импульсные токи используются для восстановления аккумуляторных батарей различными организациями (например, ООО «МКТ-групп» и ООО «ПКФ Вторметзаготовка»).

Как правило, импульсные токи используются в сочетании с тренировочными циклами. При этом используется оборудование таких марок как «MacBat», «УЗВА» и др.

В процессе восстановления аккумуляторных батарей возможно увеличение емкости в среднем на 30-60%.

Основные недоставки метода:

• высокие расходы электроэнергии;
• разрушение электродов за счет использования высоких импульсов до 400 А;
• высокие трудозатраты;
• длительность процесса восстановления;
• нельзя использовать для технического обслуживания и восстановления необслуживаемых батарей;
• в некоторых случаях высокая стоимость оборудования — до 25 тыс. евро.

В целом, по причине использования разрушительных токов результаты импульсной технологии нивелируются негативными последствиями, получаемыми в процессе восстановления.

На рис. 1 видно как разрушаются электроды в процессе восстановления аккумуляторных батарей с использованием восстановительного оборудования «MacBat».

Рис. 1. Разрушение электродов в результате восстановления с использованием импульсной технологии

Используемые в комплексе с импульсной системой методы тренировки батарей также сокращают срок ее службы.

5. Присадки

Имеют химический принцип действия. В аккумуляторную батарею доливаются жидкости, которые вступают в реакцию и разрушают кристаллы сульфата свинца.

По данным потребителей действие присадок кратковременно. Постоянное же их использование способно нарушить установленную химическую реакцию и безвозвратно снизить емкость аккумуляторной батареи.

Источник

Способ восстановления засульфатированных свинцовых аккумуляторов

Владельцы патента RU 2464674:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при восстановлении засульфатированных свинцовых аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является создание способа эффективного восстановления сульфатированных свинцовых аккумуляторов. Согласно изобретению способ восстановления засульфатированных свинцовых аккумуляторов заключается в проведении обычного заряда начальным током и последующим чередованием больших и малых токов, при этом заряд большим током, равным начальному току заряда, осуществляют в течение 5-10 минут, а малым током, равным 0,05-0,1 С₁₀, до достижения постоянства плотности электролита в течение 1 часа. Количество чередований больших и малых токов в зависимости от степени сульфатации аккумуляторов выбирают равным 5-10. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при восстановлении засульфатированных свинцовых аккумуляторов.

Техническим результатом изобретения является создание способа эффективного восстановления вышедших из строя свинцовых аккумуляторов по причине глубокой сульфатации электродов.

Известен способ восстановления засульфатированных свинцовых аккумуляторов (Т.И.Попова, Б.Н.Кабанова. Журнал прикладной химии, 1959, т.32, №2; А.И.Русин, Л.Д.Хегай. Свинцовые аккумуляторы. Справочное пособие, «Петрополис», 2009, с.180), заключающийся в многократной замене электролита на новый. С этой целью с аккумуляторов со сниженной емкостью сливается электролит, загрязненный вредными примесями, и аккумуляторы заливаются чистым электролитом.

Недостатками известного способа являются высокие трудоемкость и стоимость. Кроме того, учитывая, что основной объем электролита находится в парах активных масс и сепараторов, полной замены электролита не происходит, так как остающийся электролит прочно удерживается внутри аккумулятора за счет капиллярных и адсорбционных сил. Поэтому полная замена старого электролита на новый может быть осуществлена лишь при многократном его удалении из аккумулятора и заполнении каждый раз новым. Наконец даже при многократной смене электролита в активных массах (особенно отрицательных электродов) остаются металлические примеси, неизбежно накапливаемые при эксплуатации аккумуляторов за счет постепенной коррозии положительных токоотводов и приводящие к ускоренному саморазряду и сульфатации аккумуляторов.

Наиболее близким по технической сущности является способ устранения суьфатации свинцовых аккумуляторов, основанный на удалении адсорбированных веществ с поверхности электродов весьма сильной катодной поляризацией, то есть при высоком значении зарядного тока (плотность тока при этом составляет

100 мА/см 2 электродной поверхности) [М.А.Дасоян. Химические источники тока. Справочное пособие. Издание второе, переработанное и дополненное. Издательство «Энергия», Л.О., 1960, с.110-111].

Недостатками указанного способа являются:

— адсорбция органических веществ на поверхности электродов не является основной причиной сульфатации свинцового аккумулятора;

— приведенный способ эффективен только в том случае, когда отравляющее действие (сульфатация) отрицательных электродов произошло за счет адсорбции органических веществ;

— металлические примеси, увеличивающие скорость саморазряда, приводящего к ускоренной сульфатации, не могут быть удалены зарядным током высокого значения;

— высокие токи заряда не всегда доступны из-за ограниченного сечения выводов аккумуляторов (возможно их оплавление) или из-за недостаточной мощности зарядных устройств.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе засульфатированные аккумуляторы подвергаются штатному заряду режимом, установленным руководством по эксплуатации данного типа аккумулятора. Затем заряд продолжается током, равным току первой ступени, в течение 5÷10 минут. Далее ток заряда снижается до величины 0,05÷0,1 С₁₀. Продолжительность заряда сниженным током определяется достижением постоянства плотности электролита в течение 1 часа. Затем вновь ток заряда увеличивают до величины начального значения. Чередование тока заряда повышенной и сниженной плотности продолжается до достижения постоянства плотности электролита в течение 2 ч. В зависимости от степени сульфатации аккумулятора количество чередований составляет 5÷10.

Примеры осуществления способа

Пример 1. Плотность электролита стационарного свинцового аккумулятора после очередного заряда составила 1,200 г/см 3 , что свидетельствует о его сульфатации. Восстановление такого аккумулятора осуществляется чередованием заряда в течение 5 минут током начальной ступени штатного заряда с последующим снижением тока до величины 0,1 С₁₀ в течение 1 часа. Количество чередований повышенного и сниженного токов составляет 5. Емкость аккумулятора восстановилась до значения не менее 85% С_ном.

Пример 2. Плотность электролита стартерного свинцового аккумулятора в конце очередного заряда снизилась до значения 1,210 г/см 3 . Восстановление аккумулятора осуществляется аналогично примеру 1. Количество чередований повышенного и сниженного токов составляет 10. Емкость аккумулятора восстановилась до значения не менее 85% от номинального значения.

Как следует из приведенных данных, предлагаемый способ восстановления засульфатированных свинцовых аккумуляторов, о чем свидетельствует снижение плотности электролита, является эффективным, не требует больших затрат и позволяет продлить эксплуатационный срок службы аккумуляторов.

1. Способ восстановления засульфатированных свинцовых аккумуляторов, заключающийся в проведении штатного заряда и последующем чередовании больших и малых токов, отличающийся тем, что заряд большим током, равным начальному току заряда, осуществляют в течение 5÷10 мин, а малым током, равным 0,05÷0,1 С₁₀, до достижения постоянства плотности электролита в течение 1 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество больших и малых токов в зависимости от степени сульфатации аккумуляторов выбирают равным 5÷10.

Источник

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Сульфатация аккумулятора

Работа АКБ по накоплению и расходу энергии основана на обратимой электрохимической реакции. При этом должен соблюдаться баланс, все компоненты участвовать в энергообмене. Сульфатация представляет образование нерастворимого осадка на поверхности пластин аккумулятора в виде твердого налета. Из процесса выводится свинец, кислотный остаток SO₄, снижается концентрация электролита. Оседая на пластинах, осадок повышает сопротивление, мешает передаче заряда. В результате устройство теряет емкость. Как обнаружить и устранить сульфатацию аккумулятора?

Как определить сульфатацию аккумулятора

Причины появления белого отложения на пластинах аккумулятора, сульфатации, связаны с нарушением правильной эксплуатации. В период разряда кристаллы PbSO₄ образуются всегда, но они малого размера. При зарядке АКБ они снова ионизируются, токопроводная поверхность очищается.

Сульфатация пластин аккумулятора происходит, если есть причины:

• Глубокий разряд приводит к укрупнению кристаллов, которые не разрушаются при зарядке.
• Низкие температуры приводят к хроническому недозаряду аккумулятора. Холодный электролит теряет скорость химической реакции. Если поездки короткие, простои длинные – все предпосылки для сульфатации аккумулятора.
• Высокая температура летом в подкапотном пространстве ускоряет все процессы, в том числе и образование больших кристаллов сульфата свинца в разряженной батарее.
• Хранение недозаряженного кислотного аккумулятора приведет к постепенному росту и уплотнению кристаллов в результате саморазряда. При этом подзарядка не производится, кристаллы не разрушаются.
• Низкий уровень электролита в банках, плохое качество электролита.
• Добавление концентрированной кислоты для уменьшения сульфатации только увеличит размер забитой поверхности.

Чем раньше определить появление сульфатации на пластинах кислотного аккумулятора, тем легче разрушить осадок, освободить доступ к приемнику заряженных частиц. Как это сделать?

Периодически необходимо осматривать банки необслуживаемого аккумулятора – коричневато-белесый налет на пластинах хорошо просматривается через открытую пробку. Сульфатация ведет к потере емкости. Явные признаки – зарядка автомобильного аккумулятора происходит в течение часа, банки кипят. После зарядки АКБ не запускает двигатель, быстро разряжается лампой подсветки. На корпусе, вокруг пробок, на клеммах, образуется белый налет, электролит кипит в аккумуляторе, установленном в гнездо. Емкость аккумулятора снижается, это можно установить замерами напряжения на клеммах хх и под нагрузкой.

Все перечисленные признаки сульфатации характерны и для кальциевых необслуживаемых аккумуляторов, но в большей степени. Два-три глубоких разряда, и кальциевая батарея придет в полную негодность. Здесь образуется не только свинцовый осадок, но гипс, что хуже. Проблема проявляет себя уменьшением емкости, малым временем зарядки.

Сульфатация пластин аккумулятора – как устранить?

Итак, главная беда свинцовых аккумуляторов с электролитом из серной кислоты, сульфатация. Пока налет незначительный, его можно снять в домашних условиях. Кристаллы забили пористую поверхность свинца. Извлечь их можно, только разложив на ионы и направив на разные электроды. Используется:

• воздействие реверсивными токами или восстановление АКБ импульсными зарядами;
• десульфатация током малой величины длительное время;
• химические растворители осадка;
• механическое удаление накипи на пластинах.

В домашних условиях для устранения сульфатации аккумулятра можно использовать длительное воздействие на батарею током силой 2-3 А, не допуская закипания банок. Процедура проводится в течение 24 часов и далее, пока плотность электролита не будет стабильной в течение 5-6 часов. Проведение 2-3 тренировочных циклов может вернуть емкость до 80 % не до конца забитой батарее.

Хорошо растворяется осадок сульфата железа в растворе этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б). Свинец в соли заменяется ионом натрия, и она становиться растворимой. Раствор готовят в соотношении 60 г порошка трилона Б + 662 мл NH₄OH 25% + 2340 мл дистиллированной воды.

Чтобы снять сульфатацию, раствор в аккумулятор заливать на 60 минут, сразу после удаления электролита. Реакция в банках бурная, с нагреванием и кипением. После раствор слить, 3 раза промыть полости дистиллированной водой и залить свежий электролит. Если свинцовые пластины не разрушатся, произойдет полная очистка пластин.

Слабый налет может быть удален с использованием дистиллированной воды. Содержимое банок необходимо удалить полностью, слив в эмалированную посуду. Если в содержимом банки есть угольные крошки, он не восстановится, разрушены пластины.

Залить банки электролитом, оставить пробки открытыми, подключить ЗУ, установить напряжение 14 В. Добиться, чтобы кипение в банках было умеренным, и оставить на неделю – две под нагрузкой. Растворившийся осадок превращает воду в слабый электролит. Чтобы избавиться от сульфатации процедуру повторить несколько раз. Закончить очистку, как только растворится весь осадок на пластинах аккумулятора.

Одинарная и двойная переполюсовка используется в случаях, когда остальные методы очистки не помогли. Смена заряда пластин поможет растворит осадок за счет изменения направления движения электронов. Но этот способ разрушит батарею с тонкими свинцовыми обкладками. Для современных бюджетных моделей китайского производства не применяется.

При использовании специальных присадок, растворяющих осадок, необходимо точно следовать инструкции, работы проводить в вентилируемом помещении, пользоваться средствами личной защиты.

Как снять сульфатацию с автомобильного аккумулятора, инструментально

Десульфатацию аккумулятора проводят с помощью электрических импульсов, разрушающих структуру кристалла. При этом электролит не сливается. Важно только убедиться, что причиной потери емкости стало именно появление осадка сульфата свинца, не разрушение пластин или короткое замыкание.

Используя специальный зарядник, не потребуется дополнительных действий. Нужно установить и подключить батарею. Подача переменного заряда в соотношении 1:10 с установленной периодичностью постепенно очистит пластины. Процесс длительный, но результат отражается на дисплее информацией о восстановленной емкости.

Схема снятия сульфатации аккумулятором обычным зарядным устройством выглядит так:

• Довести уровень электролита но нормы дистиллированной водой.
• Подключить зарядное устройство, установить напряжение 14 В, 1 А, заряжать 8 часов.
• Замерить напряжение, если оно меньше 10 В, АКБ не восстановится. Оставить батарею «отдыхать» сутки.
• Подключить ЗУ 14 В 2,0-2,5 А, держать зарядку 8 часов. В результате должно быть напряжение на клеммах 12,7-12,8 В. Плотность электролита должна быть 1,13 г/см3
• Подключить сопротивление разрядки, снижая напряжение на клеммах не ниже 9 В.

Цикл повторять до тех пор, пока плотность электролита не повысится до 1,27 г/см3. За счет постепенного растворения кристаллов, вызвавших сульфатацию, пластины аккумулятора приобретают пористость. Как результат, удается убрать дополнительное сопротивление, восстановить работоспособность АКБ.

Устранение сульфатации свинцовых аккумуляторов вручную

На старых аккумуляторах, там, где пластины были собраны в отдельные банки, редко, но применяется механическая очистка осадка. Как убрать сульфатацию вручную? Разбирается корпус аккумулятора, пластины из банок извлекают и чистят вручную. Именно так можно привести в порядок загипсованную батарею Ca+/Ca+, предварительно срезав болгаркой несъемную крышку.

Ручное снятие сульфатации аккумулятора дает лучший результат по сравнению с использованием химических присадок – они забирают свинец не только из отложений. Активная масса обедняется, срок службы АКБ уменьшается. Но при механической сборке есть опасность неточного выставления зазоров, последующего замыкания.

Присадка в аккумулятор против сульфатации

Можно ли, и как избавиться или уменьшить сульфатацию пластин автомобильного аккумулятора, пользуясь присадками? Есть несколько составов, которые снижают сульфатацию аккумулятора, но отрицательно действуют на другие характеристики. В качестве добавок в электролит используются растворимые сульфаты активных металлов цинка, кадмия, олова, но они не снижают саморазряд и газоотделение. Применяются сложноорганические составы НТФ, ОЭДФ с сульфатами металлов в микродозах, как катализаторы процесса распада кристаллов сернокислого свинца. Химические присадки помогают избавиться от сульфатации необслуживаемого автомобильного аккумулятора кислотного типа.

Видео

Предлагаем посмотреть полезное видео о сульфатации аккумулятора.

Источник