Озон и его воздействие на аккумуляторы¶

Озон — аллотропная модификация кислорода с химической формулой O₃, состоящая из трёх атомов. Применительно к аккумуляторным батареям озон рассматривается в двух принципиально разных контекстах: как агрессивный окислитель, ускоряющий деградацию материалов аккумулятора, и как рабочий реагент в химических источниках тока особого типа — озоновых элементах. Кроме того, озон образуется при работе некоторых типов аккумуляторов и электрооборудования, что создаёт дополнительные риски для изоляции, контактов и здоровья персонала.

¶Озон как химический агент

Озон — газ с резким характерным запахом, сильный окислитель, уступающий по окислительной способности лишь фтору и некоторым соединениям. Его стандартный окислительно-восстановительный потенциал (около 2,07 В) выше, чем у кислорода, что делает озон химически активным по отношению к большинству органических материалов, резин, полимеров и многих металлов.

Именно высокая реакционная способность определяет двойственную роль озона в аккумуляторной технике. С одной стороны, он разрушает материалы; с другой — может использоваться как активное вещество в источниках тока.

¶Воздействие озона на аккумуляторы

Озон ускоряет старение практически всех компонентов аккумуляторной батареи:

• Сепараторы и уплотнения. Резиновые и полимерные детали под действием озона растрескиваются — развивается так называемое озонное растрескивание. Это ведёт к потере герметичности, утечке электролита и сокращению срока службы.
• Клеммы и токоотводы. Озон усиливает коррозию металлических контактов, особенно при наличии влаги, повышая переходное сопротивление и ухудшая токосъём.
• Корпусные материалы. Пластмассы и лаки теряют эластичность, покрытия отслаиваются.
• Электролиты. В отдельных случаях озон вступает в реакции с компонентами электролита, изменяя его состав и проводимость.

Наиболее чувствительны к озону свинцово-кислотные батареи, где резиновые и эбонитовые элементы исторически широко применялись. В помещениях с работающими мощными электродвигателями, генераторами, ртутными лампами и другим оборудованием, генерирующим озон, батареи деградируют быстрее.

¶Озоновые химические источники тока

Озон применялся и как активный катодный реагент. В озоновых элементах газ подаётся к пористому углеродному или металлическому электроду, где восстанавливается, а на аноде окисляется металл (например, цинк или кадмий). Такие элементы исследовались в середине XX века как источники с высокой удельной энергией, поскольку озон — более сильный окислитель, чем кислород.

Практического массового распространения озоновые аккумуляторы не получили из-за ряда недостатков:

• сложность хранения и подачи газообразного озона;
• токсичность и взрывоопасность концентрированного озона;
• необходимость герметичной конструкции и специальных материалов электродов;
• низкая стабильность характеристик при циклировании.

Тем не менее в СССР и ряде других стран велись разработки озоно-воздушных элементов для специальных применений, где требовалась высокая энергоёмкость при малой массе.

¶Образование озона при работе аккумуляторов и оборудования

Сами аккумуляторы озон не производят, однако сопутствующее оборудование — зарядные устройства с высоковольтными цепями, выпрямители, электродвигатели с щёточным узлом, источники ультрафиолета — может генерировать озон при электрических разрядах и коронном эффекте. В замкнутых помещениях аккумуляторных, зарядных станций и трансформаторных подстанций это приводит к накоплению газа.

Предельно допустимая концентрация озона в воздухе рабочей зоны в России составляет 0,1 мг/м³ (максимально разовая). При превышении возникают раздражение дыхательных путей, головная боль, снижение работоспособности. Поэтому аккумуляторные помещения оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, а персонал обеспечивают средствами защиты.

¶Защита аккумуляторов от озона

Для продления срока службы батарей в условиях повышенной концентрации озона применяют:

Антиозонанты — специальные добавки (парафины, воски, некоторые амины), мигрирующие к поверхности резины и создающие защитный барьер.

¶Озон в обслуживании и восстановлении аккумуляторов

В быту и автосервисах встречается утверждение, что обработка аккумулятора озоном якобы восстанавливает его ёмкость. Научного подтверждения этот метод не имеет: озон не устраняет сульфатацию пластин и не восстанавливает активную массу электродов, а напротив, может повредить сепараторы и уплотнения. Подобные процедуры следует рассматривать как не имеющие доказанной эффективности.

¶Техника безопасности

Озон токсичен, относится к веществам первого класса опасности. При работе с оборудованием, генерирующим озон, необходимо:

• обеспечивать эффективную вентиляцию аккумуляторных и зарядных помещений;
• контролировать концентрацию газа газоанализаторами;
• не допускать длительного пребывания в зонах с запахом озона;
• применять средства индивидуальной защиты органов дыхания при аварийных работах.

¶Значение темы

Взаимодействие озона и аккумуляторов — пример того, как побочный химический фактор влияет на надёжность и долговечность электрохимических систем. Учёт озонного воздействия важен при проектировании аккумуляторных помещений, выборе материалов уплотнений и организации эксплуатации батарей на промышленных объектах. Озоновые элементы, несмотря на ограниченное применение, остаются иллюстрацией использования сильных окислителей в химических источниках тока.

Источники: технические справочники по химическим источникам тока; санитарные нормы по предельно допустимым концентрациям вредных веществ в воздухе рабочей зоны; материалы по старению полимеров и резин; публикации по электрохимии озона.