ทำไมแก๊สรอบแบตเตอรี่รถยนต์จึงเสี่ยงต่อการติดไฟจากสายจัมเปอร์?

ตามที่กล่าวไว้ในJump การเริ่มต้นแบตเตอรี่ที่ตายแล้ว: เชื่อมต่อสายสีดำเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่หรือโลหะที่มีสายกราวด์ คุณเชื่อมต่อสายจัมเปอร์สีดำเข้ากับตัวถังรถที่ตายเพื่อหลีกเลี่ยงประกายไฟที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมต่อใกล้กับแบตเตอรี่ซึ่งอาจถูกล้อมรอบด้วยก๊าซไฮโดรเจน พอลชี้ให้เห็นว่าทำไมฉันควรเชื่อมต่อเทอร์มินัลสีแดง / บวกก่อนเมื่อเริ่มกระโดด? ดูเหมือนว่าไม่น่าเป็นไปได้ แต่ปลอดภัยก่อน

อย่างไรก็ตามคำแนะนำคือการติดตั้งสายเคเบิลสีดำกับโลหะเปลือยบนตัวเครื่องหรือบล็อคเครื่องยนต์ บล็อกเครื่องยนต์ของรถทั่วไปนั้นมีขนาดไม่ใหญ่มาก ฉันสงสัยว่าถ้าแบตเตอรี่ถูกล้อมรอบด้วยกลุ่มเมฆก๊าซไฮโดรเจนและฉันเชื่อมต่อขั้วดำที่ใดที่หนึ่งตรงข้ามบล็อกเครื่องยนต์มันจะไม่จุดชนวนเมฆก๊าซหรือไม่? คลาวด์ของก๊าซที่เน้นไปรอบ ๆ แบตเตอรี่แน่นหรือไม่? นอกจากนี้เมื่อคุณเริ่มสตาร์ทรถจริง ๆ แล้วล่ะ? เหตุใดจึงไม่มีความเสี่ยงในการจุดประกายคลาวด์ก๊าซจากแหล่งความร้อนและประกายไฟต่าง ๆ เมื่อสตาร์ทรถยนต์?

ฉันไม่มีความเชี่ยวชาญในหัวข้อนี้ แต่ฉันไม่คิดว่า "ก้อนเมฆก๊าซ" ก่อตัวขึ้นรอบ ๆ แบตเตอรี่ ก๊าซไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่เบาที่สุดของพวกเขาทั้งหมด (0.089 g / l) และจะไม่รวมตัวหากรั่วไหลออกมา มันจะเพิ่มขึ้นเพียงตราบเท่าที่หมวกเปิดกว้างเพราะมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศซึ่งส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจนที่หนักกว่ามาก (1.25 กรัม / ลิตร) และออกซิเจน (1.4285 กรัม / ลิตร) ฉันเดาว่าการฝึกเชื่อมต่อกราวด์ของผู้รับเข้ากับตัวเครื่องมากกว่าที่จะติดตั้งแบตเตอรีเชิงลบเพียงแค่ป้องกันการจุดระเบิดสักครู่จากแบตเตอรี่

ไม่ควรมีแหล่งประกายเปิดใด ๆ เมื่อสตาร์ทรถยนต์ อัลเทอร์เนเตอร์, หัวเทียน, สายหัวเทียน, ดิสทริบิวเตอร์และอัลเทอร์เนเตอร์ไม่ควรจุดประกายอย่างเปิดเผยหากพวกเขาอยู่ในสภาพที่ดี, และพวกเขามักจะห่างจากแบตเตอรี่มากพอ ความร้อนไม่ควรจะพอเพียงแม้ว่าเครื่องยนต์ของคุณจะสตาร์ทด้วยความร้อนก็ตาม ไฮโดรเจนติดไฟเองในบรรยากาศที่อุณหภูมิประมาณ 500 ° C ภายใต้อุณหภูมิของเครื่องดูดควันไม่ควรสูงกว่า ~ 100 ° C

นี่จะเป็นเรื่องเทคนิคเล็กน้อย แต่ก็ควรเข้าใจได้แม้ว่าคุณจะเข้าเรียนวิชาเคมี

ไฮโดรเจนมีอันตรายเมื่อใด

เช่นเดียวกับส่วนผสมของเชื้อเพลิงอากาศในเครื่องยนต์ไฮโดรเจนจะติดไฟได้ก็ต่อเมื่ออยู่ในช่วงของความเข้มข้น เราใช้สิ่งที่เรียกว่าLower Explosive Limit (LEL) และUpper Explosive Limit (UEL) ซึ่งเป็นความเข้มข้นของก๊าซ (ในอากาศ) ที่จะจุดติดไฟ สำหรับก๊าซไฮโดรเจน LEL คือ 4% และ UEL มากกว่า 75% ซึ่งหมายความว่าหากความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจนถึง 4% จะอยู่ในระดับที่สามารถติดไฟได้ด้วยประกายไฟ สำหรับการเปรียบเทียบความเข้มข้นตามธรรมชาติของ H ₂ในชั้นบรรยากาศอยู่ที่ประมาณ 0.01%

แบตเตอรี่รถยนต์ผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้อย่างไร

แบตเตอรี่ของรถยนต์นั้นเต็มไปด้วยกรดซัลฟิวริก 36% (SO ₄ ) และน้ำ 64% (H ₂ O) ก๊าซไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาเมื่อแบตเตอรี่กำลังชาร์จเนื่องจากกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิสซึ่งน้ำจะสลายตัวเป็นไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน (O) ที่เป็นส่วนประกอบในที่ที่มีแรงดันมากกว่าความสมดุลของแรงดันการสลายตัว แรงดันนั่นคือ 1.227V สำหรับน้ำ แรงดันไฟฟ้าปกติสำหรับเซลล์แบตเตอรี่ตะกั่วกรดเดียวคือ 2.1V และมีอยู่หกแบบในแบตเตอรี่รถยนต์ (6 x 2.1 = 12.6V) เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์สูงกว่าแรงดันย่อยสลายสำหรับน้ำก๊าซจำนวนน้อยมากจึงถูกผลิตขึ้นมาเกือบตลอดเวลา อย่างไรก็ตามกรณีที่เลวร้ายที่สุด (ไฮโดรเจนส่วนใหญ่) เกิดขึ้นเมื่อบังคับให้กระแสสูงสุดเข้าสู่เซลล์ที่มีประจุเต็มแล้ว มันเป็นปฏิกิริยาที่ไวต่ออุณหภูมิดังนั้นอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดก๊าซมากขึ้น

ผลิตไฮโดรเจนได้เท่าไหร่

ปฏิกิริยาที่เราสนใจคือไฮโดรเจนไอออน (H ⁺ ) กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน (H ₂ ) นักเคมีจะเขียนแบบนี้:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

นี่หมายถึงว่าไอออนไฮโดรเจนสองตัวและอิเล็กตรอนสองตัวให้ผลหนึ่งโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจน (มันก็หมายความว่าก๊าซมาจากขั้วลบ แต่จำไว้ว่านี่คือต่อเซลล์)

เมื่อข้ามรายละเอียดทางคณิตศาสตร์และเคมีจำนวนมากเราสามารถคำนวณได้ที่อุณหภูมิ 25C (77F) เราผลิตก๊าซไฮโดรเจนประมาณ 0.45 ลิตรต่อเซลล์ต่อ 1 คิดค่าใช้จ่ายมากเกินไป 1 Ah (แอมป์ชั่วโมง) ดังนั้นการผลักดัน 10A ผ่านแบตเตอรี่มาตรฐาน 6 เซลล์ที่ชาร์จไฟเต็มหนึ่งชั่วโมงจะผลิต 0.45 l / Ah x 6 x 10A x 1 h = 27 l ของก๊าซไฮโดรเจนที่ 25C เพื่อให้เป็นอันตรายเราต้องมีความเข้มข้นอย่างน้อย 4% ดังนั้นเราจึงต้องการปริมาณอากาศ + ไฮโดรเจนรวมเป็น 675 ลิตรหรือน้อยกว่า การเริ่มกระโดดมักจะไม่ใช้เวลาทั้งชั่วโมงและโดยทั่วไปจะไม่เกี่ยวข้องกับการชาร์จแบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้ว

ไฮโดรเจนไปไหน

ดังที่ทุกคนที่เคยได้ยินเกี่ยวกับภัยพิบัติจาก Hindenburg รู้ว่าไฮโดรเจนนั้นเบากว่าอากาศและติดไฟได้เช่นกัน เนื่องจากมันเบากว่าอากาศก๊าซไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่จะมีแนวโน้มสูงขึ้น

บรรทัดล่างสุด

ในแบบฉบับภายใต้การจัดวางฝากระโปรงหน้าของแบตเตอรี่รถยนต์ไฮโดรเจนส่วนใหญ่จะลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศอย่างไม่เป็นอันตรายทันทีที่เปิดฝากระโปรงออก แต่อาจมีการผลิตเพิ่มขึ้นเมื่อรถกำลังพุ่งเข้าหา นั่นเป็นเหตุผลที่ฮูดควรเปิดค้างอยู่และทำไมมันจึงเป็นวิธีปฏิบัติที่ดีในการเชื่อมต่อ (และยกเลิกการเชื่อมต่อครั้งแรก) การเชื่อมต่อเชิงลบที่อยู่ไกลจากแบตเตอรี่ในทางปฏิบัติ

นักออกแบบยานยนต์ได้ผ่านการคำนวณเหล่านี้มาแล้วและความเข้มข้นภายใต้ประทุนนั้นต่ำกว่า 4% มากถึงแม้ในสถานการณ์ที่รุนแรงของระบบชาร์จ ตัวอย่างเช่นมาตรฐานเช่น IEEE 484 อธิบายเป้าหมายการออกแบบไม่เกิน 2%

ประการแรกเหตุผลในการเชื่อมต่อ jumplead เชิงบวกก่อนที่จะลบ jumplead ก็คือถ้ามันหลุดออกมาคุณจะสังเกตเห็นสิ่งนี้ก่อนที่จะเชื่อมต่อเชิงลบ jumplead หากคุณเชื่อมต่อขั้วลบก่อนจากนั้นขั้วบวกหนึ่งคลิปจระเข้บวกอันใดอันหนึ่งอาจหลุดออกมาสัมผัสกับแชสซีของยานพาหนะคันใดคันหนึ่งทำให้เกิดการลัดวงจรของแบตเตอรี่และทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าอันมหาศาลทำให้เกิดไฟไหม้ . ด้วย jumpleads แบบห่อหุ้มที่ทันสมัยนี่เป็นปัญหาน้อยกว่า

ประการที่สองเหตุผลที่สำคัญที่สุดสำหรับการเชื่อมต่อ jumplead เชิงลบกับบล็อกเครื่องยนต์ของยานพาหนะที่ตายแล้วคือการเชื่อมต่อที่ดีขึ้นกับมอเตอร์สตาร์ท กราวด์ของมอเตอร์สตาร์ทเตอร์เชื่อมต่อผ่านแชสซีของเครื่องยนต์เข้าด้วยกันดังนั้นการสตาร์ทจึงมีประสิทธิภาพมากที่สุดเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อ jumplead การเชื่อมต่อกับขั้วแบตเตอรี่แนะนำเส้นทางที่ยาวขึ้นจาก jumplead ไปยังมอเตอร์สตาร์ทดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยงเนื่องจากทำให้การสตาร์ทมีประสิทธิภาพน้อยลง

ในทางกลับกันการเชื่อมต่อขั้วลบกับบล็อกเครื่องยนต์เพิ่มความต้านทานต่อแบตเตอรี่ของยานพาหนะที่ตายแล้วหลีกเลี่ยงกระแสไฟชาร์จที่มากเกินไป การเชื่อมต่อตะกั่วเชิงลบเข้ากับแบตเตอรี่ของยานพาหนะที่ตายแล้วจะให้กระแสไฟชาร์จที่สูงขึ้น (แต่ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นเป็นกระแสเริ่มต้นที่ต่ำกว่า)