Mengapa gas di sekitar aki mobil hanya berisiko terbakar dari kabel jumper?

Seperti yang ditunjukkan dalam Jump memulai baterai mati: Hubungkan kabel hitam ke kutub negatif baterai atau logam yang diarde? , Anda menghubungkan kabel jumper hitam ke sasis mobil yang mati untuk menghindari percikan api yang dibuat selama sambungan dekat baterai, yang dapat dikelilingi oleh gas hidrogen. Seperti yang Paulus tunjukkan dalam Mengapa saya harus menghubungkan terminal merah / positif terlebih dahulu ketika mulai melompat? , ini sepertinya sangat tidak mungkin, tapi oke, keselamatan dulu.

Namun, sarannya adalah memasang kabel hitam ke logam terbuka pada sasis atau blok mesin. Blok mesin pada mobil rata-rata tidak terlalu besar. Saya bertanya-tanya, jika baterainya dikelilingi oleh awan gas hidrogen, dan saya menghubungkan terminal hitam di suatu tempat di ujung yang berlawanan dari blok mesin, apakah itu masih tidak menyalakan awan gas? Apakah awan gas itu sangat terfokus pada baterai? Juga, bagaimana dengan ketika Anda benar-benar berhasil menyalakan mobil? Mengapa tidak ada risiko menyalakan awan gas dari berbagai sumber panas dan percikan ketika mobil dinyalakan?

Saya bukan ahli dalam topik ini, tetapi saya tidak berpikir "awan gas" terbentuk di sekitar baterai. Gas hidrogen adalah gas yang paling ringan dari semuanya (0,089 g / l) dan tidak akan bertambah jika bocor. Ini hanya akan naik selama kap terbuka karena kurang padat daripada udara, yang sebagian besar nitrogen lebih berat (1,25 g / l) dan oksigen (1,4285 g / l). Dugaan saya adalah bahwa praktik menghubungkan ground penerima ke sasis alih-alih pos baterai negatif cukup melindungi dari memicu kebocoran beberapa menit dari baterai itu sendiri.

Seharusnya tidak ada sumber percikan terbuka ketika mobil dinyalakan. Alternator, busi, kabel busi, distributor, dan alternator tidak boleh secara terbuka memicu jika kondisinya baik, dan biasanya cukup jauh dari baterai. Panasnya seharusnya tidak cukup bahkan jika untuk beberapa alasan mesin Anda melompat mulai panas. Hidrogen secara spontan menyala di atmosfer pada ~ 500 ° C, di bawah suhu sungkup seharusnya tidak jauh di atas ~ 100 ° C

Ini akan menjadi sedikit teknis tetapi harus tetap dapat dipahami bahkan jika Anda tidur melalui kelas kimia.

Kapan hidrogen berbahaya?

Seperti halnya campuran udara-bahan bakar dalam suatu mesin, hidrogen hanya dapat terbakar jika berada dalam kisaran konsentrasi. Kami menggunakan apa yang disebut Batas Ledakan Bawah (LEL) dan Batas Ledakan Atas (UEL) yang merupakan konsentrasi gas (di udara) yang akan terbakar. Untuk gas hidrogen, LEL adalah 4% dan UEL lebih dari 75%, yang berarti bahwa jika konsentrasi gas hidrogen mencapai 4%, itu berada pada level yang bisa menyala dengan percikan. Sebagai perbandingan, konsentrasi alami H ₂ di atmosfer adalah sekitar 0,01%.

Bagaimana aki mobil menghasilkan gas hidrogen?

Baterai mobil diisi dengan campuran asam sulfat 36% (SO ₄ ) dan 64% air (H ₂ O). Gas hidrogen dilepaskan ketika baterai sedang diisi karena proses yang disebut elektrolisisdi mana air terurai menjadi hidrogen penyusunnya (H) dan oksigen (O) dengan adanya tegangan yang lebih besar dari kesetimbangan tegangan dekomposisi. Tegangan itu 1.227V untuk air. Tegangan normal untuk sel baterai timbal-asam tunggal adalah 2.1V dan ada enam dari mereka secara seri dalam aki mobil (6 x 2.1 = 12.6V). Karena tegangan sel lebih tinggi daripada tegangan dekomposisi untuk air, jumlah gas yang sangat kecil hampir selalu diproduksi. Namun, kasus terburuk (kebanyakan hidrogen) dihasilkan ketika memaksa arus maksimum ke dalam sel yang sudah terisi penuh. Ini juga merupakan reaksi yang peka terhadap suhu, sehingga suhu yang lebih tinggi akan cenderung menghasilkan lebih banyak gas.

Berapa banyak hidrogen yang diproduksi?

Reaksi yang kami minati adalah reaksi ion hidrogen (H ⁺ ) menjadi gas hidrogen (H ₂ ). Ahli kimia akan menulis seperti ini:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Ini hanya berarti bahwa dua ion hidrogen ditambah dua elektron menghasilkan satu molekul gas hidrogen. (Ini juga menyiratkan bahwa gas tersebut berasal dari elektroda negatif, tetapi ingat ini per sel.)

Melewati banyak rincian matematika dan kimia, kita dapat menghitung bahwa pada suhu 25C (77F), kami menghasilkan sekitar 0,45 liter gas hidrogen per sel per 1 Ah (amp-jam) yang terlalu mahal. Jadi mendorong 10A melalui baterai 6-sel standar yang terisi penuh selama satu jam akan menghasilkan 0,45 l / Ah x 6 x 10A x 1 jam = 27 l gas hidrogen pada 25C. Agar berbahaya, kita membutuhkan setidaknya 4% konsentrasi, jadi kita membutuhkan total volume udara + hidrogen menjadi 675 liter atau kurang. Memulai melompat biasanya tidak memakan waktu satu jam penuh dan biasanya tidak melibatkan pengisian daya baterai yang sudah terisi penuh.

Kemana perginya hidrogen?

Seperti diketahui oleh siapa pun yang pernah mendengar tentang bencana Hindenburg, hidrogen lebih ringan daripada udara dan juga mudah terbakar. Karena lebih ringan dari udara, gas hidrogen yang dilepaskan dari baterai akan cenderung naik.

Garis bawah

Dalam penempatan baterai mobil yang tipikal di bawah kap, sebagian besar hidrogen akan naik ke atmosfer dengan tidak berbahaya segera setelah kap dibuka, tetapi lebih banyak yang dapat diproduksi ketika mobil mulai melompat. Itulah mengapa sungkup harus tetap terbuka dan mengapa ini juga merupakan praktik yang baik untuk pertama-tama menghubungkan (dan melepaskan dulu) koneksi negatif sejauh mungkin dari baterai.

Desainer otomotif telah melalui perhitungan ini dan konsentrasi di bawah kap jauh lebih rendah dari 4% bahkan dalam situasi ekstrem kerusakan sistem pengisian. Misalnya, standar seperti IEEE 484 menggambarkan target desain tidak lebih dari 2%.

Pertama, alasan untuk menghubungkan jumplead positif sebelum jumplead negatif adalah bahwa sehingga jika itu tergelincir, Anda akan melihat ini sebelum menghubungkan yang negatif. Jika Anda menghubungkan yang negatif terlebih dahulu dan yang positif, salah satu klip buaya positif bisa lepas, melakukan kontak dengan sasis dari salah satu kendaraan, sehingga shortcircinging baterai dan menyebabkan arus yang sangat besar mengalir, mengakibatkan kebakaran . Dengan jumpleads modern yang terselubung, ini bukan masalah.

Kedua, alasan paling penting untuk menghubungkan jumplead negatif ke blok mesin kendaraan mati adalah untuk koneksi yang lebih baik ke motor starter. Ground motor starter dihubungkan melalui sasisnya ke blok mesin, oleh karena itu start yang paling efektif terjadi ketika jumplead terhubung di sana. Menghubungkan ke terminal baterai memperkenalkan jalur yang lebih panjang dari jumplead ke motor starter, sehingga harus dihindari karena membuat start kurang efektif.

Di sisi lain, menghubungkan ujung negatif ke blok mesin meningkatkan daya tahan terhadap baterai kendaraan yang mati, menghindari arus pengisian yang berlebihan. Menghubungkan kabel negatif ke baterai kendaraan yang mati akan memberikan arus pengisian yang lebih tinggi (tetapi seperti yang dijelaskan di atas, arus awal yang lebih rendah.)