Газовый аккумулятор
Газовый аккумулятор — конструктивно новый химический источник тока, изобретенный советским инженером А. Г. Пресняковым в 1955 году.
Принцип действия газового аккумулятора основан на обратимых окислительно-восстановительных реакциях. В процессе зарядки на электродах выделяются газы, поглощаемые адсорбентом (например, активированным углем). При появлении тока нагрузки происходит их соединение с образованием электрического тока.
Простейший аккумулятор состоит из герметичной емкости с раствором электролита, в который погружены электроды. Конструктивно электрод состоит из собственно угольного электрода, ионно-проницаемой мембраны и адсорбента.
Удельная энергоёмкость современных газовых аккумуляторов достигает 100 Вт·ч/кг.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое «Газовый аккумулятор» в других словарях:
Цинк-хлорный аккумулятор — это вторичный химический источник тока в котором в качестве анода используется цинк, электролит водный раствор хлорида цинка, катод газовый хлорный. Отличается высокой удельной энергией(160 250 Вт·ч/кг), и большим значением ЭДС(1,98 2,2 В).… … Википедия
Железо-воздушный аккумулятор — Железо воздушный аккумулятор это вторичный химический источник тока, в котором в качестве анода используется железо, электролит гидроксид калия, катод газовый, воздушный электрод. Содержание 1 Электрохимия 2 Параметры … Википедия
Литий-хлорный аккумулятор — это вторичный химический источник тока, в котором в качестве анода используется литий, электролит растворы солей лития в органических растворителях (либо твердый электролит), катод газовый хлорный электрод. Отличается значительной удельной… … Википедия
Свинцово-водородный аккумулятор — это вторичный химический источник тока, в котором анодом является газовый либо металлогидридный водородный электрод, электролит серная кислота, катод двуокись свинца. Содержание 1 История изобретения 2 Параметры … Википедия
Литий-фторный аккумулятор — Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения. Литий фторный аккумулятор вторичный … Википедия
Цинк-воздушный аккумулятор — Воздушно цинковые элементы с цветовым кодированием Воздушно цинковый элемент гальванический элемент, в котором в качестве анода используется цинк, электролит водный раствор гидроксида калия (либо растворы хлорида цинка), катод газовый (воздушный… … Википедия
ГАД — газовый аккумулятор давления … Словарь сокращений русского языка
Электрические аккумуляторы — NiCd аккумуляторы Электрический аккумулятор химический источник тока многоразового действия. Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных устройств. Содержание 1 Принцип действия … Википедия
Батарейка — У этого термина существуют и другие значения, см. Батарейка (значения). Гальванические элементы, батареи элементов и батареи аккумуляторов … Википедия
Источник
Чистая
энергия
Будяк
Денис
Влерьевич
Газовые элементы и аккумуляторы
Газовые элементы и аккумуляторы
Современная техника требует большого количества переносных источников электрической энергии. Они должны быть легкими, просты ми в недорогими. Попытки найти но вые пути в решении этого вопроса всегда вызывали интерес.
Могут быть, например, созданы такие химические источники элек трической энергии, в которых в ре* акциях участвуют не твердые веще ства, а газы.
Каковы же основные особенности газовых элементов и аккумуляторов? Можно ли обыкновенный кислотный свинцовый аккумулятор назвать газ овым?
При зарядке на катоде свинцового аккумулятора выделяется водород, восстанавливающий окислы свинца в чистый свинец. На аноде выде ляется кислород, окисляющий при заряде свинец пластины аккумулято ра в двуокись свинца. Газы здесь играют только вспомогательную роль и при отключении аккумуля тора от источника тока тут же уле тучиваются.
В газовых же аккумуляторах н элементах во время зарядки обра зуются н длительное время сохра няются запасы газов, взаимодей ствующих между собой при разряд- ке,— они являются активными веще ствами. Сами электроды в электро химических процессах не участвуют, Пластины в газовом аккумуляторе и в газовой элементе являются носи телями для активных веществ — га зов. В этом основное отличие газо вых аккумуляторов н элементов от источников тока других типов.
Газовые гальванические элементы были созданы больше века назад, но не получили до сих пор практиче ского применения. Объясняется это тем, что при обычной температуре газы находятся в молекулярном со стояния, в котором они в реакцию не вступают. Таким образом, задача создания элемента сводится к тому, чтобы найти способ разложения мо лекулярных газов в атомарные, так как только в атомарном состоянии газы становятся химически активны ми. Решить эту задачу можно дву мя путями: применением катализа- торов (веществ, ускоряющих хими ческие процессы) и нагреванием га зов до высокой температуры. В пер вом газовом гальваническом элемен те был применен активный катали затор— губчатая платина.
Необходимость применения плати ны или других катализаторов из ценных материалов, а также сложн ость конструкций являлись основ ными препятствиями в развитии так называемых холодных газовых элем ентов. Тепловые газовые элементы также не получили распространенна из-за сложности изготовления и эксплуатации и пока что не вышли из
В отличие от газовых гальваниче- ских элементов в газовом аккумуля торе атомарные газы создаются по средством электролиза во время за рядки аккумулятора. В качестве электродов используются пластины из активированного угля, обладаю щего большой адсорбционной, т. е. поглотительной, способностью.
В активированном угле имеются поры, невидимые даже в микроскоп, Такие ультрапоры и способствуют поглотительным процессам. Достаточно сказать, что суммарная по верхность пор в одном грамме активированного угля достигает тысячи квадратных метров.
Так как газы обладают различны ми электрическими потенциалами, то для того, чтобы получить большую емкость аккумулятора, нужно подо брать такие газы, которые давали бы большую разность потенциалов н хорошо поглощались бы адсорбента ми (в данном случае активирован ным углем).
Простейший газовый аккумулятор
состоит из двух пластин, сделанных из активированного угля и помешен ных в банку с 15-процентным ра створом хлористого натрия (пова ренная соль, одна столовая ложка на стакан воды). При зарядке акку мулятора происходит электролиз ра створа хлористого натрия, в резуль тате чего отрицательный электрод насыщается водородом, а положительный — хлором. Напряжение на зажимах такого аккумулятора со ставляет 2,5 в. При эксплуатации аккумулятора электролит следует периодически менять, так как в нем скапливается едкий натр, получаю щийся при разложении соли.
В газовых аккумуляторах в каче стве электролита можно применять и другие растворы (солей, кислот, щелочей), но тогда при электролизе во время заряда на электродах бу дут выделяться и другие газы, В за висимости от того, какие газы ис пользуются в качестве активных ве- тцеств, напряжение на зажимах аккумулятора будет различно. Так, например, пара водород — кислород (при очень слабом растворе серной кислоты или щелочи в качестве электролита) дает 2 в. Водород и углекислый газ (электролит — ра створ питьевой соды) дают 1,3 в. Хорошие результаты дает пара хлор —сернистый газ, так как эти
газы хорошо удерживаются активи рованным углем. Трудность при при менении этой пары газов состоит в том, что в аккумуляторе прихо дится производить электролиз двух электролитов. Простейший газовый аккумулятор, использующий пару хлор — сернистый газ, собирается следующим образом. В отдельных банках путем электролиза два электрода из активированного угля насыщаются газом: один хлором, другой — сернистым газом. Хлор С1 собирается в одной отдельной банке на угольном электроде при разложен ии хлористого натрия (поваренной соли), а сернистый газ SO2 — в дру гой банке при электролизе серни стого натрия. Затем угольные насы щенные газон пластины помещают ся в общий сосуд, залитый электро литом, которым служит раствор хло ристого натрия. Сернистый газ в га зовом аккумуляторе — от рицательного потенциала, а хлор положительного. Такой аккумулятор дает напряжение около 1 в. Следует отметить, что сернистый газ погло щается активированным углем в гро- мадном количестве и долго сохра няется в его порах. Хлор же, как показал опыт, держится слабее. По этому, если к сернистому газу по добрать такой же стойкий газ, то емкость газового аккумулятора мож- но будет увеличить в десятки раз.
Конструктивно при использовании
пары хлор — сернистый газ газовый аккумулятор с двумя электролитами выполняется так. В основной сосуд (рис, 1, а), содержащий раствор 5 поваренной соли, помешается второй сосуд 4, меньший по размеру, в ко- торый налит раствор 6 сернистого натрия. Стенки второго сосуда имеют пористую структуру, не ме шающую движению ионов, но пре пятствующую смешиванию двух электролитов. Во время зарядки (рис. 1,6) оба газонесущих элек трода 2 должны быть подключены К положительным зажимам источни ка тока. Поэтому в каждый сосуд вводятся дополнительные угольные отрицательные электроды 3. Цель нагрузки при разряде (рис. 1,б)
подключается только к основным га- зонесущим электродам.
Пластины 2 можно прессовать из порошка активированного угля. К верхнему краю такой пластины, имеющей вид галеты, прикладывают твердую графитовую пластину для отвода тока, затем стягивают их
вместе нитками. Пластину номе- щают в мешочек на ткани в плот но снова обматывают нитками. Со суд, где располагаются пластины, иногда заполняется мелкой крошкой асбеста- После заполнения асбестом в сосуд заливается электролит — получается полусухой аккумулятор.
Пластины аккумулятора можно изготовить также из твердых графи товых пластин, в которых просверливаются сквозные отверстия. Поме щенные в мешочки пластины засы пают порошком или гранулами (зер нами) активированного угля н вкла дывают в мешочки. Мешочки плот но обматывают нитками, вследствие чего конструкция получается жесткой, а электрический контакт активной массы с пластинкой надежным. Вме-
сто пластин можно применять н угольные стержни, но так как по верхность стержней меньше поверх ности пластин, разрядный ток акку мулятора в этом случае уменьшается.
Для изготовления мешочков, в ко торые помешаются пластины, при меняется как простая хлопчатобу мажная ткань, так и кислотоупор ная ткань «хлорин». В первом слу- чае в аккумуляторе можно приме нять только слабые электролиты, на- пример раствор поваренной соли, во втором же более сильные — раствор соляной кислоты или щелочи.
При эксплуатации такого аккуму лятора выявилось, что дневной свет отрицательно влияет на работу аккумуляторов, так как ускоряет саморазряд. Когда электроды были перемешены из открытого сосуда с прозрачными стенками в темный бачок с крышкой, саморазряд значи тельно уменьшился.
Понижение температуры сказы вается положительно на работе аккумулятора. Так, постепенное сни жение температуры от +20° С до —20° С способствовало повышению емкости и уменьшению саморазряда. Какова же средняя емкость газового аккумулятора? Оказывается, что 50—80 г активированного угля пла с тин обеспечивают емкость в один ампер-час.
Зарядка газового аккумулятора ве дется так же, как н аккумуляторов других типов; либо от генератора по стоянного тока, либо от сети переменного тока посредством селеново-го или купроксного выпрямителей. Зарядку можно производить током силы, определяющейся величиной тока, который могут выдержать контакты аккумулятора.
Быстрый разряд и даже короткое замыкание не оказывают вредного влияния на прочность н общее со-
стояние электродов. Аккумулятор
может длительное время находиться в незаряженном состоянии.
Емкость газового аккумулятора зависит от поглощающих свойств материала его пластин. Наилучшими адсорбирующими свойствами обла дает активированный уголь, приго товленный из косточек урюка. Пер вые же опыты с моделями газового аккумулятора, в котором только один катод был приготовлен из та кого угля, дали неожиданные ре зультаты: мощность аккумулятора увеличилась в два раза, саморазряд уменьшился, разрядный ток увели- чился.
Попытки использовать катализато ры, которые примешивались в со став активной массы электродов, не показали явных преимуществ этого способа (в одном случае применял ся ферросилиций, в другом —ни кель) .
Представляет интерес эксперимент, проведенный с аккумулятором, в пластины которого был добавлен радиоактивный кобальт. Ионизацион- ная способность газа при введении кобальта несколько возросла, но о практическом применении радио активных добавок в настоящее вре мя еще рано говорить.
Газовый аккумулятор не лишен еще многих недостатков: наблюдает ся самопроизвольное падение напря жения, саморазряд. Чтобы улучшить условия адсорбции, в электролит вводятся добавки, например борная кислота. Для уменьшения самораз ряда применяются так называемые отрицательные катализаторы, т. е. вещества, замедляющие течение ре акций (например, сахар).
На практике газовые аккумулиторы смогут найти применение лишь по сле устранения указанных недостат ков.
Источник
Что такое газовый аккумулятор
Газовый аккумулятор своими руками
Kак самим построить газовый аккумулятор? Газовый аккумулятор был изобретен в 1955 году советским инженером А. Пресняковым. Важное преимущество газового аккумулятора — простота устройства и высокая экономичность. Для его изготовления не требуются цветные металлы и дорогостоящие материалы. Эксплуатационные качества газового аккумулятора также весьма высоки.
Газовый аккумулятор можно долго хранить как в заряженном, так и в разряженном состоянии, и это не отразится на его работоспособности. Он допускает большой зарядный ток, что уменьшает время зарядки.Даже длительные замыкания пластин между собой безвредны для газового аккумулятора, так как в этом случае он хоть и разряжается, но без необратимых процессов в самом активном веществе, как в других типах аккумуляторов.Ниже приведена полная статья,посвященная газовым аккумуляторам.
В любом аккумуляторе есть положительные и отрицательные пластины с активным веществом, состоящим из различных металлов. В качестве токопроводящей среды обычно применяются водные растворы кислот или щелочей. Такой раствор называется электролитом. При погружении пластин в электролит начнет происходить химическая реакция, и если их замкнуть через измерительный прибор, мы обнаружим, что во внешней цепи проходит электрический ток.
Во время работы аккумулятора, а также при его зарядке можно заметить, что на пластинах выделяются пузырьки газа. Газы, как правило, не участвуют в реакциях и выполняют в электрохимических процессах вспомогательную роль, так что в обычных аккумуляторах разность потенциалов определяется только свойствами металлов, из которых состоят пластины. Но, оказывается, различные газы тоже обладают вполне определенным электрохимическим потенциалом. Значит, эту способность можно использовать для изготовления аккумулятора, в котором роль активного вещества будут выполнять два различных газа.
Газовый аккумулятор был изобретен в 1955 году советским инженером А. Пресняковым. Важное преимущество газового аккумулятора — простота устройства и высокая экономичность. Для его изготовления не требуются цветные металлы и дорогостоящие материалы. Эксплуатационные качества газового аккумулятора также весьма высоки.
Газовый аккумулятор можно долго хранить как в заряженном, так и в разряженном состоянии, и это не отразится на его работоспособности. Он допускает большой зарядный ток, что уменьшает время зарядки. Даже длительные замыкания пластин между собой безвредны для газового аккумулятора, так как в этом случае он хоть и разряжается, но без необратимых процессов в самом активном веществе, как в других типах аккумуляторов.
Газовые аккумуляторы — конструктивно новые источники тока. Их создание стало возможным только после того, как были найдены вещества, способные поглощать газы в большом количестве и удерживать их в себе. Такие вещества называются адсорбентами. Один из лучших адсорбентов — активированный уголь. Поглощая газы, он сам не участвует в химических реакциях.
В таблице, помещенной ниже, показано, какое количество различных газов может быть поглощено одним граммом активированного угля при 15 ° С и нормальном давлении. Вы сразу же заметите закономерность: газ поглощается тем лучше, чем выше его критическая температура, то есть чем легче он сжижается.
Конструкция самодельного газового аккумулятора показана на рисунке 1. В емкость 1 налит элетролит 2. В электролит опущены два электрода, которые состоят из стержня 3 и мешочка 4 с активированным углем 5. Предохраняет мешочки от смещения перегородка 6, которая изготовляется из любого электроизоляционного материала. Емкость закрывается крышкой 7.
В качестве емкости газового аккумулятора с успехом могут быть использованы, например баночки для специй — они продаются в хозяйственных магазинах. Можно взять и стеклянные банки, но их надо покрыть снаружи асфальтовым лаком, чтобы свет не проникал внутрь, а то он будет способствовать разрядке аккумулятора. Мешочки изготовьте из старого капронового чулка плотной вязки. Шов можно сшить капроновой нитью или паяльником на круглой деревянной болванке. Один конец мешочка завяжите капроновой нитью наглухо, а во второй, открытый, вставьте угольный стержень от батареек карманного фонаря, отслуживших свой срок. Наполните мешочки активированным углем, хорошо уплотнив его. Загибая края мешочка, обвяжите их капроновой нитью вокруг стержня. Теперь нужно плотными витками обвязать мешочки. Чем больше будет сделано витков, тем лучше контакт угольного порошка со стержнем, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, тем он лучше работает.
Электроды нужно укрепить в крышке, а к выходящим наружу концам стержня приделать клеммы.
Лучше всего использовать медицинский уголь, который продается в аптеках, или уголь выбракованных противогазов. В крайнем случае древесный уголь можно легко приготовить самому. Для этого возьмите палочки диаметром 5—10 мм, длиной 100 мм (любой породы дерева), свяжите их в пучок ниткой, поместите в железную банку и засыпьте сухим речным песком. Положите банку в печку на горячие угли или на газовую плитку и прокалите, пока из банки перестанут выделяться газы. Дайте остыть песку, после чего извлеките обуглившиеся чурки — их-то и можно употребить в дело. Для получения от аккумулятора емкости в 1 ампер-час потребуется 50—90 граммов активированного угля.
Для электролита лучше всего взять дистиллированную воду, которую можно купить в аптеке, или в крайнем случае колодезную, или водопроводную, предварительно прокипятив ее около получаса и остудив. На каждый стакан воды всыпьте 1—1,5 столовой
ложки поваренной соли марки «Экстра». Заполните сосуд электролитом и накройте крышкой с электродами, проследив, чтобы электроды были полностью погружены в электролит. Простейший газовый аккумулятор готов, теперь его осталось только зарядить. 
Для этого необходимо присоединить электроды к источнику постоянного тока напряжением 4,5 в. Промаркируйте какой-либо яркой краской положительный электрод, нанеся на крышку метку +. Отрицательный электрод можно не маркировать. При повторной зарядке придерживайтесь полярности электродов. Заканчивайте зарядку, когда напряжение на электродах аккумулятора будет 2,2—2,5 в . При постоянной работе аккумулятора электролит необходимо менять не реже одного раза в неделю. (Запомните, что такая частая замена нужна только для электролита, составленного на основе поваренной соли.)
Работает аккумулятор так. При зарядке, когда к электродам подключено напряжение, электролит разлагается на водород и хлор. Электрод, присоединенный к отрицательному проводу, будет поглощать водород, а к положительному — хлор. Таким образом создается разность потенциалов.
Химическая реакция может быть описана уравнением:
В качестве электролита в газовых аккумуляторах можно применять растворы различных солей, кислот и щелочей. Подбирая электролит, можно осуществить его электролиз на те или иные газы и получить различную электродвижущую силу и емкость аккумулятора. Так, при электролизе слабого раствора серной кислоты получим пару водород — кисл о род. Раствор питьевой соды даст пару водород — углекислый газ. Вообще подбор электролита открывает очень широкие возможности для эксперимента.
На рисунке 2 изображена схема газового аккумулятора, в котором используется пара хлор — сернистый газ. (Если вы вернетесь к нашей таблице, то увидите, что эти газы лучше остальных поглощаются углем.) Довольно высокие характеристики оправдывают конструктивное усложнение.
Аккумулятор состоит из основного сосуда 1, вспомогательного сосуда 2, вспомогательных угольных электродов 3 и 7, электролита 4, которым заполняется вспомогательный сосуд, основных угольных электродов 5 и 6, электролита 8. Размеры аккумулятора подберите, исходя из размеров угольных электродов от батарейки карманного фонаря.
В таком аккумуляторе сернистый газ — носитель отрицательного, а хлор — положительного потенциала. Электролит основного сосуда — раствор поваренной сода, электролит вспомогательного — раствор сернистого натрия (другие названия — сульфид натрия, моносульфид натрия).
Как мы сказали, вспомогательный сосуд должен быть полупроницаемым, то есть пропускать газы, но не пропускать соли, растворенные в электролите. Такой сосуд можно приобрести в магазине химических товаров или изготовить самому, причем самодельный не будет уступать промышленному. Материалы: белая глина, которая используется для побелки, железистосинеродистыи калий (другие названия: ферроцианид калия, желтая кровяная соль; не спутайте с железосинеродистым калием — феррицианидом калия), медный купорос. И железистосинеродистыи калий, и медный купорос можно купить в отделах фотоматериалов.
Замесите глину до пластического состояния и вылепите из нее стаканчик. Стенки стаканчика должны быть возможно тоньше. Высушите стаканчик, а потом обожгите над горячими углями до такой степени, чтобы бумага, положенная в стаканчик, обуглилась, но не вспыхнула. Лучше, если обжиг провести в муфельной печи, которые бывают в кабинетах химии. После охлаждения наполните стаканчик насыщенным раствором железистосинеродистого калия и оставьте до тех пор, пока наружные стенки его не станут влажными. Вылейте раствор (его можно использовать повторно), дайте стаканчику высохнуть, после чего опустите его на 4—5 часов в насыщенный раствор медного купороса. Растворы нужно готовить на дистиллированной, снеговой или дождевой воде. Надо брать такое количество соли, чтобы обязательно оставался нерастворимый ее остато к- это и будет насыщенный раствор.
На рисунке 3 показана схема подключения на зарядку аккумулятора с четырьмя электродами.
Схема зарядного устройства изображена на рисунке 4. Потенциометром R3 регулируется ток базы транзистора, в результате чего можно изменять величину напряжения на выходе от 0,5 до 15 В или силу тока в пределах 0—5А. Силовой трансформатор можно использовать от старого радиоприемника или телевизора. На его выходе должно быть напряжение 20 В при силе тока 6 А.
Диоды и транзистор надо монтировать на теплоотводящих панелях или радиаторах. Величины шунта R5 и добавочного сопротивления R4 можно изменять в зависимости от чувствительности и внутреннего сопротивления прибора, применяемого дли измерения величины тока и напряжения.
Зарядное устройство не требует специальной наладки и при правильной сборке готово к работе.
Предложенные нами аккумуляторы могут устанавливаться на моделях автомобилей и судов. Аккумуляторная батарея приведет в движение даже педальный автомобиль, если вы установите на нем электромотор. Но не советуем торопиться — сперва хорошенько рассчитайте (вам поможет учитель физики) параметры ваших аккумуляторов и их соответствие тому электродвигателю, который вы выберете.
И. ЧАРИЧАНСКИЙ, г. Мелитополь 1974г
Источник