Юный техник, 2005 № 10 - [18]
Что же касается крайних пластин, то они, чтобы не вызвать значительных потерь, могут быть достаточно массивны. Их только две, поэтому вес крайних пластин мало скажется на общем весе устройства и с ним удастся достичь предельно большой энергоемкости — около 170 ваттчасов на килограмм. Энергоемкость современного аккумулятора, напомним, составляет 24 ватт-часа на 1 кг.
Н. Тесла, как известно, далеко не все свои идеи довел до реального воплощения. Биполярный аккумулятор одна из них, и вы можете попытаться претворить в жизнь идею великого электротехника. Для этого нужен лишь вытяжной шкаф, авометр и набор постоянных сопротивлений величиной 5 — 10 Ом, применяемых для лабораторных работ. Все это можно найти в любой школе.
Еще вам понадобится примерно 100 г свинца. Его приобретем в пунктах приема утильсырья. Биполярный аккумулятор (БА) по существу является своеобразным вольтовым столбом, состоящим из цепочки последовательно соединенных аккумуляторов. Каждая пара его пластин дает напряжение около двух вольт. От такого устройства легко получить довольно высокое напряжение, например, 220 В. От такого напряжения смогут работать дешевые мощные и легкие электромоторы.
Однако для первых опытов нам следует ограничиться безопасным напряжением 12 В. Внутреннее сопротивление аккумулятора в момент включения составит доли ома. Поэтому возможен ток в десятки ампер. Это значит, что лучше брать напряжение от зарядных устройств, применяемых автомобилистами. Они на такие токи рассчитаны.
На рисунке 3 приведен эскиз экспериментального БА. Его корпус — упаковка от авторучки. Два крайних его электрода сделаны из кусочков свинца толщиной 3–4 мм (оболочка от кабеля). К ним припаяны отрезки предварительно залуженного медного провода диаметром 1–2 мм. Промежуточные пластины (пять штук) тоже свинцовые. Все они должны быть тщательно обезжирены кипячением в мыльном растворе и изолированы от соприкосновения друг с другом двумя слоями полиэтиленовой сетки от комаров. Когда все детали подготовлены, БА следует собрать, укрепить на доске и залить раствором аккумуляторной кислоты.
ВНИМАНИЕ: эту операцию следует производить в вытяжном шкафу в присутствии учителя! Работать следует в защитных очках и кислотостойких перчатках. И последнее: никогда не лейте воду в кислоту. Только наоборот!
Биполярный аккумулятор в своем первоначальном состоянии — это всего лишь комплект свинцовых пластин. Только после первого подключения к выпрямителю он приобретет способность накапливать электричество. При этом на положительно заряженных поверхностях образуется плотный слой диоксида свинца РЬО>2.
Как только он полностью покроет пластину, доступ кислоты к свинцу будет перекрыт. Дальнейшее пропускание тока бесполезно. Оно лишь приведет к нагреванию кислоты. После этого наш комплект из свинцовых пластин уже превратится в аккумулятор. От него можно получить ток, но очень кратковременный. Это связано с тем, что слой диоксида свинца получился тонким. Далее нужно приступить к формованию пластин. Оно заключается в том, что аккумулятор заряжают до начала кипения, затем разряжают и заряжают вновь, изменив при этом полярность зарядного напряжения. И так не менее десяти раз.
Отметим, что даже столь крохотный аккумулятор нельзя замыкать накоротко. Ток, который может на мгновение достичь сотен ампер, погнет пластины и сорвет с них слой диоксида свинца. Разряжать аккумулятор следует только через нагрузку, например, лампу!
Постепенно верхний слой свинца станет похож на губку, а толщина оксидного слоя достигнет примерно полумиллиметра. После этого ваш БА готов к употреблению.
На первом образце можно померить ЭДС и внутреннее сопротивление по известной методике, которую вы можете найти в учебнике. Но вспомним о нашей задаче. Нам с вами ведь очень важно померить энергоемкость аккумулятора. Это можно сделать, измеряя время горения лампы заранее известной мощности. Помножив мощность на время, вы получите работу (правда, не всю, а примерно 80 %), совершенную током аккумулятора во внешней цепи. Выразите ее в ватт-часах и разделите на вес аккумулятора в килограммах. Так вы получите энергоемкость, которая на первых порах не будет превышать 10 ватт-часов на кг.
Здесь-то и начнется самое интересное. Рассмотрите промежуточные пластины. Вы увидите, что толщина слоя свинца, а значит, его масса во много раз превосходит массу окисла. Это значит, что нужно далее уменьшать толщину свинца. Для этого нужно путем ковки свинца на наковальне заготовить более тонкие промежуточные пластины и собрать новый аккумулятор. Вновь подвергните его формованию и определите удельную энергоемкость; она должна возрасти. И так до тех пор, пока она не превысит 24 ватт-часа на кг — энергоемкость электромобильного аккумулятора. А после этого напишите нам.
А.ИЛЬИН
Рисунки автора
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Верхом на чужой волне
В научно-фантастическом романе А.Казанцева «Пылающий остров» есть любопытное место. Советский летчик Матросов попадает в подвал с прикованными на цепях скелетами. Казалось бы, все, конец… Но находчивый летчик делает из цепей коротковолновый радиопередатчик, в котором нет ни ламп, ни каких-либо иных радиодеталей. Работает же он за счет энергии отраженных радиоволн. Матросов посылает сигнал SOS, и помощь приходит вовремя…
