Lúgoldat készítése Nikkel-Kadmium lúgos akkumulátor részére
Egyre több vegyészeti, matematikai és fogalmi hibáktól hemzsegő leírást olvasok a főleg katonai rádiókban használatos lúgos akkumulátorok részére szükséges lúg elkészítéséről, ezért úgy gondoltam, hogy mint vegyész, készítek egy egyszerű, érthető, bárki által használható receptet. Egyszerű logikai gondolkodás szükséges, és semmi varázslat nincs a dologban.
Kiindulásképpen az alábbi dolgokat feltételezzük:
- a recept nem vegyészeknek készült,
- nem analitikai pontosságú oldatot akarunk készíteni, és nem is gyárit,
- a mi esetünkben nem harci körülményekre készülünk ahol kritikus lenne az akkumulátorok élet- és kapacitástartalma,
- roppant egyszerű, mondhatni házi eszközöket feltételezünk.
Ha valakinek a gyári leírásra van szüksége, az is megtalálható a mellékelt dokumentum gyűjteményben.
A legismertebb lúgos akkumulátorok a Nikkel-Vas (Ni-Fe), Nikkel-Kadmium (Ni-Cd) és a Cink-Ezüst (Zn-Ag). A katonai rádiókban a Ni-Cd típusú akkumulátorokat használták, így a recept is ehhez a típushoz készült.
Indulásnak tisztázzunk két fontos alapfogalmat hétköznapi szinten :)
Az eredeti receptek mind oldat sűrűséget adnak meg. Az ok roppant egyszerű: sűrűséget direktben tudunk mérni, míg bármilyen koncentrációt csak közvetve. Ebben a receptben a tömegszázalékos koncentrációra fogok hivatkozni, de igazából csak a szemléltetés céljából, mérni nem fogjuk.
Tömegszázalékos koncentráció: 100 rész keverékben hány rész a keresett anyag. Az a "rész" bármi / bármennyi lehet, nincs kikötve. Kikötve csak annyi van, hogy a "rész"-nek a súlyára hivatkozunk.
Tehát pl: ha 1 rész asztali sót feloldunk 3 rész vízben akkor a kapott oldat összesen 4 részből áll, így az oldat 25 tömeg% az oldott anyagra, a sóra nézve. Ha 1 rész sóhoz 2 rész vizet adunk, akkor a kapott oldat 33,33% lesz.
Sűrűség mérésére sűrűségmérőt - régiesen aerométert - használunk. Pl pálinkafőzésnél manapság is használnak fokolot, ami tulajdonképpen egy alkohol oldat sűrűségére hitelesített sűrűségmérő :)
Beszerezhető ha nagyon akarja valaki, de jelen esetünkben, nincs rá szükségünk.
A másik fontos dolog amit tisztáznunk kell, az a sűrűség. Egyszerűen fogalmazva, egy adott anyag sűrűsége azt fejezi ki, hogy 1 m3 anyag hány kg, szabványos mértékegysége a kg/m3. Ennek van a kisebb egysége is, a g/cm3. A sűrűségről NAGYON fontos tudni, hogy hőmérsékletfüggő.
A viszonyítási alap a víz, ugyanis tengerszinten és 4 Celsius fokon 1 m3 víz nagyjából 1000 kg-ot nyom. Ennek a 4 Celsius foknak ÓRIÁSI természeti jelentősége van. 20 Celsius fokon a víz valamivel könnyebb mint 1000 kg, de ez a jelen esetben nem okoz számottevő eltérést, így ezzel nem foglalkozunk.
Ha pl. azt mondjuk valamire, hogy X anyag sűrűsége 2, akkor az jelenti, hogy 2x nehezebb a víznél. Tehát 1 liter X anyag 2 kg-ot fog nyomni amiből következik az is, hogy X anyagból 1 kg 0,5 liter térfogatot fog elfoglalni.
Így ha 1 kg-ot akarunk kimérni vízből akkor fogunk egy 1 literes palackot s megtöltjük vízzel. Viszont ha az előző X anyagból akarunk 1 kg-ot kimérni akkor a fenti palackot csak félig töltjük.
Az általunk használt lúg, kálium-hidroxid - KOH - sűrűsége 2,04 g/cm3 vagy 2040 kg/m3. Leegyszerűsítve, kétszer nehezebb a víznél.
Remélem érthető a fenti alap matematika :)
Vegyészeti szempontból mi lúg OLDATOT akarunk készíteni, így én oldatra fogok hivatkozni.
A lúgos akkumulátorok működtetéséhez kálium-hidroxid - továbbiakban KOH - oldatra van szükségünk.
Tapasztalatok alapján a legjobb vezetőképessége a 26-27% KOH oldatnak van, de mi megelégszünk a nagyjából 25% -os oldattal.
Kapacitás növelés érdekében szoktak még az oldathoz lítium-hidroxid -ot - továbbiakban LiOH - is adni, de ez egyrészről lényegesen drágább mint a KOH, másrészről kicsit problémásabb a beszerzése, így ettől most eltekintünk.
Gyári leírás a következőeket javasolja (mellékelve a dokumentum gyűjteményben) :
- nyáron 1,17 - 1,19 g/cm3
- télen -10 Celsius fokig 1,19 - 1,21 g/cm3
- télen -10 Celsius fok alatt 1,27 - 1,28 g/cm3
sűrűségű KOH oldatot célszerű használni.
Elkészítésükre a gyári leírás a következőt javasolja (súlyrészben mérve a szilárd KOH -ot) :
- 1,17 - 1,19 g/cm3 = 1 rész KOH + 3,5 rész víz => 22,22%
- 1,19 - 1,21 g/cm3 = 1 rész KOH + 3 rész víz => 25%
- 1,27 - 1,28 g/cm3 = 1 rész KOH + 2 rész víz => 33,3%
Vízként elvileg desztillált vizet kellene használnunk. De ha nincs akkor esővíz vagy felolvasztott hó is megteszi. Legrosszabb esetben az iható csapvíz is megteszi, de nem javasolt.
VIGYÁZNI! Az autókba használatos ioncserélt víz NEM desztillált víz! Az ioncserélt víz az tulajdonképpen kémiailag kezelt víz, hogy abból hevítés hatására ne csapódjon ki vízkő, de attól még tartalmaz kis mennyiségű vegyi anyagokat, ezért oldat készítéséhez kerülendő.
A desztillált vízben semmi más anyag nincs mint tényleg tiszta víz. Ez is kapható boltban.
Az oldat készítésekor használjunk védőszemüveget ÉS gumikesztyűt IS!!!! Legyen kéznél konyhai ecet (sárga kupakos 10%-os).
Készítsünk pl 25% -os KOH oldatot - lúgot:
- vegyünk egy mértékegységet, pl egy lehetőleg párhuzamos falú boros poharat, ebben a legkönnyebb a fél térfogatot meghatározni,
- vegyünk egy műanyag lavort,
- vegyünk egy mázas fazakat vagy egy széles szájú műanyag edényt (fazék jobb a hőátadás / hűtés szempontjából), bármilyen más anyagú edény használata tilos
- a fazakat állítsuk bele a lavorba,
- mérjünk a fazékba 3 pohárnyi vizet,
- a lavorba töltsünk hideg vizet amíg a fazék éppen hogy elkezd lebegni,
- mérjünk ki fél pohárnyi szilárd KOH -ot, vigyázzunk arra, hogy a pohár SZÁRAZ legyen
- valamilyen vas / acél, üveg, műanyag, legrosszabb esetben fa pálcával való kevergetés közben szép lassan töltsük a szilárd KOH -ot a fazékban lévő vizbe,
- a kevegetést folytassuk még pár percig,
- lehűlés után kész az oldatunk az akkumulátorokba való beletöltéshez.
Munkavédelmi szempontból a következőeket célszerű tudni:
- a KOH egy igen agresszív anyag, NAGYON ésszel bánni vele, igen erős zsíroldó hatása van, célszerű védőkesztyű és védőszemüveg használata,
- általában azt mondják, hogy mar, ezért szokták marókáli-nak is hívni, mert égéshez hasonlóan erősen roncsolja az élő szöveteket, és égéshez hasonló sebeket képez,
- ha bőrre kerül nagyon gyorsan bő vízzel lemosni,
- KOH-al való munka közben számítani kell arra, hogy porzik, így nem szabad belélegezni / lenyelni még a porát sem,
- ha bárhova kiömlik, akár a szilárd anyag akár az oldat, akkor ecettel semlegesíteni, testrész esetében TILOS ecetet / bármilyen más savat használni, bő vízzel mosni az adott testrészt percekig,
- ha ruhára / cipőre kerül, azonnal levenni, kimosni bő vízzel,
- ha szembe kerül akkor azt nagyon alaposan kimosni, utána célszerű orvoshoz fordulni,
- vízben való oldódása vagy savval (legyen az akár ecet is) való reakciója igen erősen hőtermelő - exoterm - folyamat, ezért KÖTELEZŐ MINDIG a vízbe önteni a KOH-ot és NEM FORDÍTVA!
- ha a szilárd KOH -ra öntjük a vizet akkor hirtelen hőtől kifröccsenhet az oldat igen súlyos sérüléseket okozva,
- a KOH vegyészeti adatlapjai mellékelve vannak a dokumentum gyűjteményben.
Remélem érthetően leírtam mindent :) Ha valakinek kérdése van akkor szívesen válaszolok :)
Dokumentum gyűjtemény : Lúgos akkumulátor dokumentumok
