Саморобний гальванічний елемент для автономного живлення
Для живлення і зарядки портативної електроніки в тих місцях, де немає електромережі можна успішно використовувати на ряду з іншими джерелами електроенергії і найпростіші хімічні джерела струму, гальванічні елементи.
Їх використання можливе на дачах при довгостроковому проживанні при відсутності електромережі, а також у віддалених селах де або немає зовсім електроенергії, або постійні перебої з електропостачанням. У советскойУкаіни хімічні джерела струму або гальванічні елементи набули широкого поширення в радіоаматорського техніці в середині минулого століття, так як ці джерела прості у виготовленні і виготовляються з легкодоступних матеріалів.
ПРОСТІЙШИЙ гальванічних елементів, ЕЛЕМЕНТ ВОЛЬТА
Вольтів стовп Перший хімічний джерело струму був винайдений італійським вченим Алессандро Вольта в 1800 році. Це був елемент Вольта - посудину з солоною водою з опущеними в нього цинкової і мідної пластинками, сполученими дротом. Потім учений зібрав батарею з цих елементів, яка згодом була названа вольтова стовпа. Цей винахід згодом використовували інші вчені в своїх дослідженнях. Так, наприклад, в 1802 році український академік В. В. Петров сконструював Вольтов стовп з 2100 елементів для отримання електричної дуги.
У 1836 році англійський хімік Джон Деніел удосконалив елемент Вольта, помістивши цинковий і мідний електроди в розчин сірчаної кислоти. Ця конструкція стала називатися «елементом Даніеля» .У 1859 році французький фізик Гастон Планте винайшов свинцево-кислотний акумулятор. Цей тип елемента і до цього дня використовується в автомобільних аккумуляторах.В 1865 році французький хімік Ж.Лекланше запропонував свій гальванічний елемент (елемент Лекланше), що складався з цинкового стаканчика, заповненого водним розчином хлористого амонію або іншої хлористої солі, в який був поміщений агломерат з оксиду марганцю (IV) MnO2 з вугільним токоотводом.
Модифікація цієї конструкції використовується до сих пір в сольових батарейках для різних побутових устройств.В 1890 році в Нью-Йорку Конрад Губерт, іммігрант ізУкаіни, створює перший кишеньковий електричний ліхтарик. А вже в 1896 році компанія National Carbon починає масове виробництво перших в світі сухих елементів Лекланше «Columbia». Самий долгоживущий гальванічний елемент - сірчано-цинкова батарея, виготовлена в Лондоні в 1840 р Підключений до неї дзвінок працює і донині.
Найпростіший мідно-цинковий елемент складається з двох електродів-пластин, занурених у розчин електроліту, при зануренні в електроліт між металами виникає різниця потенціалів. При зануренні в розчин кухонної солі мідної пластини і цинкової виникає різниця потенціалів приблизно в 1 вольт, і один елемент незалежно від розмірів має напругу в один вольт, а потужність такого елемента залежить від його розмірів і площі пластин занурених в електроліт. Для отримання більш високого напруження ці елементи, як і зоводскіе батарейки соеденяет послідовно для отримання потрібного напруги.
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕДНОЦІНКОВОГО ЕЛЕМЕНТА
Мідно-цинкові джерела струму. Виробництво цих хімічних джерел струму почалося ще в 1889 р В даний час вони випускаються в невеликих масштабах у вигляді елементів ємністю від 250 до 1000 А · год. Гладкі цинкові пластини і пластини з суміші оксиду міді, міді і сполучного поміщають в скляний або металевий посуд з 20% -ним розчином NaОН. Елементи мають напругу 0,6-0,7 В і питому енергію 25-30 Вт · год / кг. До їх достоїнств відноситься сталість розрядної напруги, дуже малий саморозряд, безвідмовність в роботі і невисока ціна. Застосовувалися в системах сигналізації і зв'язку на залізницях.
В реальних умовах енергоємність може сильно відрізняться і залежить вона від площі пластіт, чистоти металів і щільності електроліта.Елемент зібраний в літровій банці, з пластинами максимальної площі, двадцяти процентним розчином солі у вигляді електроліту, видає напругу від 0,6-1,1 вольта , 10-20А / ч, але в таких елементах дуже маленький розрядний струм маленький, і струм замикання може бути близько 100-150мА / ч., а чим менше приєднаний джерело споживає, тим більше мідно-цинковий елемент може виробляти електроенергії. Елемент зібраний в літровій банці при струмі розряду 50 мА / год пропрацює від 200часов до 400часов і більш і більш, але з часом пластини окислюються і напруга падає і в результаті елемент перестає працювати. Для відновлення елемента треба замінити електроліт і очистити пластини від окислення і елемент знову буде працювати.
Процес окислення залежить від розрядного струму чим він вищий, тим швидше елемент вийде з ладу, але в середньому елемент в літровій банці до чищення і перезарядки, при розрядному струмі 50 мА / год пропрацює близько 3-4 місяці, а при розрядному струмі в 2 5 мА / год його вистачить на рік і более.Простого літрового елемента не вистачить для живлення навіть простого мініатюрного радіоприймача, і для того щоб отримати необхідні параметри потрібно зібрати блок з декількох елементів.
ДЛЯ СТАБІЛЬНОГО ДОВГОСТРОКОВОГО автономного ХАРЧУВАННЯ портативної електроніки
знадобиться щось побільше, наприклад, елемент ємністю як на малюнку, обсяг 40-50 літрів, для стабільного живлення портативних кімнатних світлодіодних світильників та іншої техніки. Для виготовлення такого хімічного джерела електроенергії на знадобляться: 5 мідних пластин розмірами 20х40, і 5 таких же цинкових, далі на кожну пластинку потрібно припаяти або запресувати шляхом загинання куточка пластини вставити проводок і заплющіть молотком.
Після треба пластини через електронопроводящіе прокладки (дерев'яний брусок або пластмасова трубка) закріпити між собою, потім опускаємо їх в ємності з електролітом, це або розчин кухонної солі або розчин нашатирю або розчин сірчаної кислоти (авто електроліт), після з'єднуємо отримані батарейки послідовно, тобто мідна пластина одного елемента через проводок з'єднується з цинкової пластиною іншого елемента. У підсумку, з одного боку отриманого блоку залишається пластина мідна з дротом (+), а з іншого цинкова (-). Чим більше площа пластин і чим краще електроліт, тим вище ефективність такого джерела струму.
Саморобні мідно-купоросними ЕЛЕМЕНТ
У цій саморобної конструкції через недоступність чистого цинку, застосований алюмінієвий електрод, але е.р.с. алюмінію нижче ніж у цинку, становить 0,5 В, тобто одна банка дає всього 0,5 вольт, через це прилад складається не з 4-х банок для напраженія в 3,5-4 вольти, а з 6-ти , щоб отримати як мінімум 3,6 вольт.
Зразкові технічні характеристики батареї елементів, що складається з 6-ти банок, ємністю 0,33 л .: 3,7 Вольт, струм замикання близько 500мА, ємність 25-30А / ч.
В ході випробування батарея елементів стабільно пропрацювала на одній столовій ложці купоросу близько 100 годин при струмі розряду приблизно 200мА / год, зараз прилад так-же працює, але сила струму значно менше і становить близько 80мА / ч, купарос практично витрачений, таким чином якщо порахувати , то можна визначити, скільки часу взагалі елементи пропрацюють на певній кількості купоросу, живлячи певні прилади.
В ЦІЙ КОНСТРУКЦІЇ ЯК АЛЮМІНІЄВОГО ЕЛЕКТРОДА ВИКОРИСТОВУВАЛИСЯ АЛЮМІНІЄВІ БАНКИ (ПИВНІ) ТА ІНШІ ВИРОБИ З АЛЮМІНІЮ.
ЯКЩО ВИКОРИСТОВУВАТИСЯ АЛЮМІНІЄВІ БАНКИ, ТО ЇХ ПОТРІБНО РЕТЕЛЬНО зачистити від захисного ВНУТРІШНЬОГО ШАРУ І ЗОВНІШНІХ написів, ТАК ЯК ВОНИ НЕ ПРОПУСКАЮТЬ ТОК.
Спочатку внутрішня поверхня банки обмазується вазеліном або салом на відстані 3-4 сантиметри від верхнього краю банки, це робиться для того щоб попередити виповзання кристалів солей з посудини елемента.
Далі з тонкого листа міді, або латуні або свинцю виготовляється циліндр по внутрішньому діаметру і висоті банки.
Далі в циліндрі треба з одного боку зробити подвійні прорізи на глибину 4-5 мм. і отримані дужки загнути назовні, для того щоб циліндр висів на них, на шийці банки, не доходячи до дна банки на 5 см., після виготовлення припаяти до нього мідний дріт, це і буде (+).
Далі виготовляється діафрагма, діафрагма виготовляється з картону, робиться циліндр з картону по довжині банки, або коротше банки на 5 см., А потім до нього пришивається нитками картонне дно, так щоб не залишалося щілин, а місця зшивання просочуються гарячим парафіном щоб герметизувати дно від витікання рідини.
Далі на циліндр щільно намотують кілька шарів пергаменту або газетного паперу, попередньо вимоченої в солоному розчині, щоб не залишалося повітряних прошарків, а після отриманої "стакан" щільно обшивається обгорнуті в кілька шарів тканиною, для механічної міцності.
Потім на верх діафрагми наклеюють або пришивають кільце, щоб склянка не провалювався, і місця кріплення обмазують гарячим парафіном, в кільці роблять отвір, через яке в банку наливається вода і вставляється мешалка для розмішування купоросу.
Потім в діафрагму треба налити розчин кухонної солі і залишити на кілька годин, правильно зібрана діафрагма не повинна підтікати, а її поверхня повинна бути всього-лише влажной.далее по внутрішньому діаметру діафрагми виготовляється з листа цинку циліндр до нього припаюється мідний дріт який буде служити ( -), цинковий циліндр повинен вільно входити в діафрагму, але при цьому бути якомога ближче до її стінок, тобто ближче до мідного циліндра, щоб зменшити внутрішньо опір, і відповідно підвищити ефективність.
У чисту банку, якщо 0,5л., Насипають столову ложку мідного купоросу, вставляють мішалку, а потім встановлюють діафрагму, наповнену розчином кухонної солі, після в той отвір, яке для мішалки, в банку наливається вода, а за тим вставляється в діафрагму цинковий циліндр, після складання елемент повністю готовий до роботи, залишається з'єднати елементи послідовно, як звичайні батарейки, і живити і заряджати прилади.
Застосування пористої діафрагми обумовлено поділом електролітів, тобто поділом кристалів купоросу, і соляного розчину від змішування, інакше купорос бурхливо вступає в реакцію і занадто швидко витрачається, навіть коли елемент не використовується, а через діафрагму витрата купоросу рівномірний і економічний, що забезпечує довгу роботу джерела струму гальванічне елемента ..
Примітка. Якщо замінити цинк на алюміній, то елементів треба не 4 або 5, а 6 або 7, з'єднаних послідовно, так як е.р.с. алюмінію нижче ніж у цинку, і состовляет 0,4-0,6 V.
Робіть саморобки своїми руками як ми, робіть краще нас!