Warum besteht bei einer Autobatterie nur die Gefahr der Entzündung durch Überbrückungskabel?

Wie in Starthilfe für eine leere Batterie ausgeführt: Schwarzes Kabel an den Minuspol der Batterie oder an geerdetes Metall anschließen? Schließen Sie das schwarze Überbrückungskabel an das Chassis des toten Fahrzeugs an, um Funken zu vermeiden, die beim Anschließen in der Nähe der Batterie entstehen und von Wasserstoffgas umgeben sein könnten. Wie Paul in Warum sollte ich den roten / positiven Anschluss beim Starthilfe zuerst anschließen? Dies scheint äußerst unwahrscheinlich, aber in Ordnung, Sicherheit geht vor.

Es wird jedoch empfohlen, das schwarze Kabel an freiliegendem Metall am Chassis oder Motorblock zu befestigen. Der Motorblock eines durchschnittlichen Autos ist nicht so groß. Ich frage mich, ob die Batterie, wenn sie von einer Wasserstoffgaswolke umgeben ist und ich den schwarzen Anschluss irgendwo am gegenüberliegenden Ende des Motorblocks anschließe, die Gaswolke nicht immer noch entzünden würde. Ist die Gaswolke dicht um die Batterie gebündelt? Und was ist, wenn Sie es tatsächlich schaffen, das Auto zu starten? Warum besteht keine Gefahr, die Gaswolke von den verschiedenen Wärme- und Funkenquellen zu entzünden, wenn ein Auto gestartet wird?

Ich bin kein Experte in diesem Thema, aber ich glaube nicht, dass sich eine "Gaswolke" um die Batterie bildet. Wasserstoffgas ist das leichteste von allen (0,089 g / l) und sammelt sich nicht an, wenn es austritt. Sie steigt einfach auf, solange die Motorhaube geöffnet ist, da sie weniger dicht ist als Luft, die meistens viel schwerer als Stickstoff (1,25 g / l) und Sauerstoff (1,4285 g / l) ist. Ich vermute, dass das Anschließen der Masse des Empfängers an das Chassis und nicht an den Minuspol der Batterie lediglich vor dem Entzünden einer winzigen Undichtigkeit der Batterie selbst schützt.

Es sollten keine offenen Funkenquellen vorhanden sein, wenn das Auto gestartet wird. Lichtmaschine, Zündkerzen, Zündkerzenkabel, Verteiler und Lichtmaschine sollten nicht offen funken, wenn sie in gutem Zustand sind, und normalerweise sind sie sowieso weit genug von der Batterie entfernt. Die Hitze sollte nicht annähernd ausreichen, auch wenn der Motor, den Sie anlassen, aus irgendeinem Grund heiß ist. Wasserstoff entzündet sich spontan in der Atmosphäre bei ~ 500 ° C, unter der Haube sollten die Temperaturen nicht viel über ~ 100 ° C liegen

Dies wird ein bisschen technisch, sollte aber dennoch verständlich sein, selbst wenn Sie den Chemieunterricht durchschlafen.

Wann ist Wasserstoff gefährlich?

Wasserstoff ist wie das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Motor nur in einem Konzentrationsbereich brennbar. Wir verwenden die sogenannte untere Explosionsgrenze (UEG) und die obere Explosionsgrenze (UEG), die die Konzentrationen von Gas (in Luft) sind, die sich entzünden werden. Für Wasserstoffgas beträgt der UEG 4% und der UEG mehr als 75%, was bedeutet, dass bei einer Wasserstoffgaskonzentration von 4% ein Wert erreicht wird, der sich mit einem Funken entzünden kann. Zum Vergleich beträgt die natürliche Konzentration von H ₂ in der Atmosphäre etwa 0,01%.

Wie produziert eine Autobatterie Wasserstoffgas?

Die Batterie eines Autos ist mit einer Mischung aus 36% Schwefelsäure (SO ₄ ) und 64% Wasser (H ₂ O) gefüllt . Wasserstoffgas wird freigesetzt, wenn die Batterie durch einen Prozess namens Elektrolyse geladen wirdbei dem Wasser in Gegenwart einer Spannung, die größer als das Zersetzungsspannungsgleichgewicht ist, in seinen Bestandteil Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zerfällt. Diese Spannung beträgt 1,227 V für Wasser. Die normale Spannung für eine einzelne Blei-Säure-Batteriezelle beträgt 2,1 V, und sechs davon sind in einer Autobatterie in Reihe geschaltet (6 x 2,1 = 12,6 V). Da die Zellenspannung höher ist als die Zersetzungsspannung für Wasser, werden fast immer sehr geringe Gasmengen erzeugt. Der schlimmste Fall (der meiste Wasserstoff) wird jedoch erzeugt, wenn maximaler Strom in eine bereits voll geladene Zelle gezwungen wird. Es ist auch eine temperaturempfindliche Reaktion, sodass bei höheren Temperaturen tendenziell mehr Gas entsteht.

Wie viel Wasserstoff wird produziert?

Die Reaktion, an der wir interessiert sind, ist die, bei der Wasserstoffionen (H ⁺ ) zu Wasserstoffgas (H ₂ ) werden. Chemiker würden es so schreiben:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Dies bedeutet nur, dass zwei Wasserstoffionen plus zwei Elektronen ein Molekül Wasserstoffgas ergeben. (Es bedeutet auch, dass das Gas von der negativen Elektrode kommt, aber denken Sie daran, dass dies pro Zelle ist.)

Wenn wir einen Großteil der mathematischen und chemischen Details auslassen, können wir berechnen, dass wir bei einer Temperatur von 25 ° C pro Zelle und 1 Ah (Amperestunde) Überladung etwa 0,45 Liter Wasserstoffgas produzieren. Wenn Sie also 10 A für eine Stunde durch einen voll geladenen Standard-6-Zellen-Akku drücken, werden 0,45 l / Ah x 6 x 10 A x 1 h = 27 l Wasserstoffgas bei 25 ° C erzeugt. Damit dies gefährlich wird, benötigen wir eine Konzentration von mindestens 4%. Daher benötigen wir ein Gesamtvolumen von Luft + Wasserstoff von 675 Litern oder weniger. Das Starten von Sprüngen nimmt normalerweise keine ganze Stunde in Anspruch und beinhaltet normalerweise nicht das Überladen eines bereits geladenen Akkus.

Wohin geht der Wasserstoff?

Wie jeder, der jemals von der Hindenburg-Katastrophe gehört hat, weiß, ist Wasserstoff sowohl leichter als Luft als auch brennbar. Da es leichter als Luft ist, steigt das aus der Batterie freigesetzte Wasserstoffgas an.

Die Quintessenz

Bei der typischen Anordnung einer Autobatterie unter der Motorhaube steigt der größte Teil des Wasserstoffs harmlos in die Atmosphäre auf, sobald die Motorhaube geöffnet wird. Beim Anlassen des Fahrzeugs kann jedoch mehr Wasserstoff erzeugt werden. Aus diesem Grund sollten die Hauben offen bleiben und es empfiehlt sich auch, den Minuspol so weit wie möglich von der Batterie entfernt anzuschließen (und zuerst zu trennen).

Autodesigner haben diese Berechnungen bereits durchgeführt und die Konzentrationen unter der Motorhaube liegen selbst in extremen Situationen mit Fehlfunktionen des Ladesystems weit unter 4%. Zum Beispiel beschreiben Standards wie IEEE 484 ein Entwurfsziel von nicht mehr als 2%.

Erstens ist der Grund für das Anschließen des positiven vor dem negativen Sprung, dass, wenn es abrutscht, Sie dies bemerken, bevor Sie den negativen anschließen. Wenn Sie zuerst die negative und dann die positive Klemme angeschlossen haben, kann eine der positiven Krokodilklemmen abrutschen, Kontakt mit dem Fahrgestell eines der Fahrzeuge aufnehmen, wodurch die Batterie kurzgeschlossen wird und ein immenser Strom fließt, der zu einem Brand führt . Bei modernen Jumpleads ist dies weniger ein Problem.

Zweitens ist der wichtigste Grund für das Anschließen des negativen Spannungssprungs an den Motorblock des toten Fahrzeugs eine bessere Verbindung zum Anlasser. Die Masse des Anlassers ist über sein Chassis mit dem Motorblock verbunden, daher erfolgt der effektivste Start, wenn der Überbrückungsleiter dort angeschlossen ist. Das Anschließen an die Batterieklemme führt zu einem längeren Weg von der Stichleitung zum Anlasser. Dies ist zu vermeiden, da der Anlauf dadurch weniger effektiv wird.

Andererseits erhöht das Anschließen des Minuskabels an den Motorblock den Widerstand gegen die Batterie des toten Fahrzeugs, wodurch ein übermäßiger Ladestrom vermieden wird. Das Anschließen des Minuskabels an die Batterie des toten Fahrzeugs würde einen höheren Ladestrom ergeben (aber wie oben erläutert einen niedrigeren Anlaufstrom).