Джерело: Журнал «Юний технік».
У будь-якому акумуляторі є позитивні і негативні пластини з активною речовиною, що складається з різних металів. Як токопроводящей середовища зазвичай застосовуються водні розчини кислот або лугів. Такий розчин називається електролітом. При зануренні пластин в електроліт почне відбуватися хімічна реакція, і якщо їх замкнути через вимірювальний прилад, ми виявимо, що у зовнішній ланцюга проходить електричний струм.
Під час роботи акумулятора, а також при його зарядці можна помітити, що на пластинах виділяються бульбашки газу. Гази, як правило, не беруть участі в реакціях і виконують в електрохімічних процесах допоміжну роль, так що в звичайних акумуляторах різниця потенціалів визначається тільки властивостями металів, з яких складаються пластини. Але, виявляється, різні гази теж мають цілком певним електрохімічним потенціалом. Значить, цю здатність можна використовувати для виготовлення акумулятора, в якому роль активного речовини будуть виконувати два різних газу. Газовий акумулятор був винайдений в 1955 році радянським інженером А. Пресняковим.
Важлива перевага газового акумулятора - простота пристрою і висока економічність. Для його виготовлення не потрібні кольорові метали і дорогі матеріали. Експлуатаційні якості газового акумулятора також дуже високі. Газовий акумулятор можна довго зберігати як в зарядженому, так і в розрядженому стані, і це не відіб'ється на його працездатності. Він допускає великий зарядний струм, що зменшує час зарядки. Навіть тривалі замикання пластин між собою нешкідливі для газового акумулятора, так як в цьому випадку він хоч і розряджається, але без незворотних процесів в самому активній речовині, як в інших типах акумуляторів.
Газові акумулятори - конструктивно нові джерела струму. Їх створення стало можливим тільки після того, як були знайдені речовини, здатні поглинати гази у великій кількості і утримувати їх в собі. Такі речовини називаються адсорбентами. Один з кращих адсорбентів - активоване вугілля. Поглинаючи гази, він сам не бере участі в хімічних реакціях.
У таблиці, вміщеній нижче, показано, скільки різних газів може бути поглинена одним грамом активованого вугілля при 15 ° С при нормальному тиску. Ви відразу ж помітите закономірність: газ поглинається тим краще, чим вище його критична температура, тобто чим легше він зріджується.
Конструкція саморобного газового акумулятора показана на малюнку 1. У ємність 1 налитий електроліт 2. В електроліт опущені два електроди, які складаються з стрижня 3 і мішечка 4 з активованим вугіллям 5. Охороняє мішечки від зсуву перегородка 6, яка виготовляється з будь-якого електроізоляційного матеріалу. Ємність закривається кришкою 7.
Натисніть на картинку щоб збільшити
В якості ємності газового акумулятора з успіхом можуть бути використані, наприклад, баночки для спецій - вони продаються в господарських магазинах. Можна взяти і скляні банки, але їх треба покрити зовні асфальтовим лаком, щоб світло не проникало всередину, а то він буде сприяти розрядці акумулятора.
Мішечки виготовте зі старого капронової панчохи щільної в'язки. Шов можна зшити капроновою ниткою або паяльником на круглій дерев'яній болванці.
Один кінець мішечка зав'яжіть капроновою ниткою наглухо, а в другій, відкритий, вставте вугільний стрижень від батарейок, кишенькового ліхтаря, що відслужили свій термін. Наповніть мішечки активованим вугіллям, добре ущільнивши його. Загинаючи краю мішечка, обв'яжіть їх капроновою ниткою навколо стержня. Тепер потрібно щільними витками обв'язати мішечки. Чим більше буде зроблено витків, тим краще контакт вугільного порошку зі стрижнем, тим менше внутрішній опір акумулятора, тим він краще працює. Електроди потрібно зміцнити в кришці, а до виходять назовні кінців стрижня приробити клеми.
Найкраще використовувати медичний вугілля, який продається в аптеках, або вугілля вилучених протигазів. В крайньому випадку, деревне вугілля можна легко приготувати самому. Для цього візьміть палички діаметром 5-10 мм, довжиною 100 мм (будь-якої породи дерева), зв'яжіть їх у пучок ниткою, помістіть в залізну банку і засипте сухим річковим піском. Покладіть банку в грубку на гаряче вугілля або на газову плитку і прожарити, поки з банки перестануть виділятися гази. Дайте охолонути піску, після чого витягніть обвуглені чурки - їх то і можна вжити в справу. Для отримання від акумулятора ємності в 1 ампер-годину буде потрібно 50-90 грамів активованого вугілля.
Для електроліту найкраще взяти дистильовану воду, яку можна купити в аптеці, або, в крайньому випадку, колодязну, або водопровідну, попередньо прокип'ятивши її близько півгодини і остудивши. На кожну склянку води всипте 1-1,5 столової ложки кухонної солі. Заповніть посудину електролітом і накрийте кришкою з електродами, простеживши, щоб електроди були повністю занурені в електроліт.
Найпростіший газовий акумулятор готовий, тепер його залишилося тільки зарядити. Для цього необхідно приєднати електроди до джерела постійного струму напругою 4,5 в. Промаркіруйте якою-небудь яскравою фарбою позитивний електрод, завдавши на кришку мітку +. Негативний електрод годі й маркувати. При повторній зарядці дотримуйтеся полярності електродів. Закінчуйте зарядку, коли напруга на електродах акумулятора буде 2,2-2,5 в.
При постійній роботі акумулятора електроліт необхідно міняти не рідше одного разу на тиждень. (Запам'ятайте, що така часта заміна потрібна тільки для електроліту, складеного на основі кухонної солі).
Працює акумулятор так. При зарядці, коли до електродів підключено напругу, електроліт розкладається на водень і хлор. Електрод, приєднаний до негативного проводу, буде поглинати водень, а до позитивного - хлор. Таким чином, створюється різниця потенціалів. Хімічна реакція може бути описана рівнянням:
Натисніть на картинку щоб збільшити
В якості електроліту в газових акумуляторах можна застосовувати розчини різних солей, кислот і лугів. Підбираючи електроліт, можна здійснити його електроліз на ті чи інші гази і отримати різну електрорушійну силу і ємність акумулятора. Так, при електролізі слабкого розчину сірчаної кислоти отримаємо пару водень - кисень. Розчин питної соди дасть пару водень - вуглекислий газ. Взагалі підбір електроліту відкриває дуже широкі можливості для експерименту. На малюнку 2 зображено схему газового акумулятора, в якому використовується пара хлор - сірчистий газ. (Якщо ви повернетеся до нашої таблиці, то побачите, що ці гази краще за інших поглинаються вугіллям.) Досить високі характеристики виправдовують конструктивне ускладнення.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Акумулятор складається з основного судини 1, допоміжного судини 2, допоміжних вугільних електродів 3 і 7, електроліту 4, яким заповнюється допоміжний посудину, основних вугільних електродів 5 і 6, електроліту 8. Розміри акумулятора підберіть, виходячи з розмірів вугільних електродів від батарейки кишенькового ліхтаря.
В такому акумуляторі сірчистий газ - носій негативного, а хлор - позитивного потенціалу. Електроліт основного судини - розчин кухонної солі, електроліт допоміжного - розчин сірчистого натрію (інші назви - сульфід натрію, моносульфід натрію).
Як ми сказали, допоміжний посудина повинна бути напівпроникну, тобто пропускати гази, але не пропускати солі, розчинені в електроліті. Такий посудину можна придбати в магазині хімічних товарів або виготовити самому, причому саморобний не поступатиметься промислового. Матеріали: біла глина, яка використовується для побілки, железистосинеродистий калій (інші назви: ферроцианид калію, жовта кров'яна сіль, не переплутайте з залізосиньородистим калієм - феррицианида калію), мідний купорос. І железистосинеродистий калій, і мідний купорос можна купити у відділах фотоматеріалів.
Замісити глину до пластичного стану і виліпити з неї стаканчик. Стінки стаканчика повинні бути можливо тонше. Висушіть стаканчик, а потім обпечуся над гарячим вугіллям до такої міри, щоб папір, покладена в стаканчик, обвуглилася, але не спалахнула. Краще, якщо випал провести в муфельній печі, які бувають в кабінетах хімії. Після охолодження наповніть стаканчик насиченим розчином железистосинеродистий калію і залиште до тих пір, поки зовнішні стінки його не стануть вологими. Вилийте розчин (його можна використовувати повторно), дайте стаканчику висохнути, після чого опустіть його на 4-5 годин в насичений розчин мідного купоросу. Розчини потрібно готувати на дистильованої, сніговою або дощовою воді. Треба брати таку кількість солі, щоб обов'язково залишався нерозчинний її залишок - це і буде насичений розчин.
На малюнку 3 показана схема підключення на зарядку акумулятора з чотирма електродами.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Схема зарядного пристрою зображена на малюнку 4. Потенціометром R3 регулюється струм бази транзистора, в результаті чого можна змінювати величину напруги на виході від 0,5 до 15 В і силу струму в межах 0-5А. Силовий трансформатор можна використовувати від старого радіоприймача або телевізора. На його виході має бути напруга 20 В при силі струму 6 А. Зарядний пристрій не вимагає спеціальної наладки і при правильній збірці готове до роботи.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Діоди і транзистор треба монтувати на тепловідвідних панелях або радіаторах. Величини шунта R5 і додаткового опору R4 можна змінювати в залежності від чутливості ваших акумуляторів і їх відповідність тому електродвигуна, який ви виберете.
І. ЧАРІЧАНСКІЙ, викладач, м Мелітополь.