Технология изготовления аккумуляторов и ионисторов

Газовые аккумуляторы

В любом аккумуляторе есть положительные и отрицательные пластины с активным веществом, состоящие 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 этим 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 1, 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.

Рис. 1

Конструкция самодельного газового аккумулятора показана на рисунке 1. В емкость 1 налит электролит 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".

Таблица 1

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 при менять 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 - кислород. 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 таблице 1, то увидите, что эти газы лучше остальных поглощаются углем). Довольно высокие характеристики оправдывают конструктивное усложнение.

Рис. 2

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 соли, 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, железистосинеродистый калий (другие названия: ферроцианид калия, желтая кровяная соль; не спутайте с железосинеродистым калием - ферроцианидом калия), медный купорос. И железистосинеродистый 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. 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 остаток - это и будет насыщенный раствор.

Рис. 3

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 и силу тока в пределах 0-5 А. Силовой трансформатор можно использовать от старого радиоприемника или телевизора. На его выходе должно быть напряжение 20 В при силе тока 6 А. Диоды и транзисторы 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 для измерения величины тока и напряжения.

Рис. 4

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 параметры ваших аккумуляторов и их соответствие тому электродвигателю, который вы выберете.

Свинцово-поташный аккумулятор

Свинцово-поташный аккумулятор — относится к типу сухих и поэтому очень удобен при транспортировке.

рис. 5

Конструкция и технологический процесс изготовления свинцово-поташного аккумулятора незначительно отличаются от газового. В сосуде 1 размещаются два мешочка 2, в которых располагаются активная масса 3 и угольные электроды 4. На дне сосуда слоями уложена бумага 10, пропитанная электролитом. Сверху аккумулятор заливается битумом 9. В битуме проделаны отверстия, в которые вставляются деревянные пробочки 7. Для закрепления угольных электродов в верхней части помещается прокладка 5 из рыхлого картона. К пистончикам электродов припаяны клеммы 6 и 8.

Прежде всего займитесь приготовлением активной массы. Вам понадобится выбракованный или отслуживший свой срок автомобильный или мотоциклетный аккумулятор. Убедившись, что в нем нет электролита, извлеките пластины и отберите положительные — только они и будут нужны. Отличить положительные пластины от отрицательных, легко по цвету: первые коричнево-красные, а вторые серые.

Деревянным молотком выкрошите из решетки положительных пластин активную массу, хорошо измельчите. Одну часть измельченной массы тщательно смешайте с одной частью активированного или древесного угля, тоже хорошо измельченного. Это и будет активная масса вашего аккумулятора. Чтобы смесь не распылялась, слегка увлажните ее электролитом, но так, чтобы она не потеряла сыпучесть. Обычно на 10 весовых частей активной массы достаточно одной весовой части электролита.

Приготовьте два угольных стержня от батареек карманного фонаря, скруглите свободные концы. Из фильтровальной, промокательной или газетной бумаги сделайте два прямоугольных мешочка, соответствующих размерам выбранного вами сосуда для аккумулятора. Лучше, если мешочки будут изготовлены на деревянной болванке. Оберните бумагу вокруг болванки в четырепять слоев, а внизу заверните конвертиком. Склеивать мешочек не надо, а для прочности можно снаружи навернуть слой ткани от капронового чулка и спаять ее паяльником или плотно обмотать капроновой нитью. Мешочки должны плотно входить в сосуд. На дно сосуда уложите 20—30 слоев бумаги, вложите мешочки, а между ними проложите четыре-пять слоев бумаги.

По центру мешочков поставьте угли так, чтобы они касались дна. Аккуратно, не просыпая, заполните мешочки активной массой и постукиванием сосуда о стол уплотните ее. После заполнения мешочков уложите сверху 5—10 слоев бумаги и закройте картонной прокладкой. Вставьте в активную массу обоих мешочков на некотором расстоянии от углей влажные деревянные пробочки или спички, после чего залейте верхнюю часть аккумулятора расплавленным битумом. Когда битум застынет, выньте пробки.

Аккумулятор готов, осталось залить его электролитом.

Приобретите в магазине фототоваров поташ (химическая формула К₂СО₃, другие названия — калий углекислый, карбонат калия). Технические сорта поташа лучше не применять, так как они содержат много примесей. В 10 весовых частей дистиллированной или дождевой (в крайнем случае кипяченой) воды добавьте 5 весовых частей поташа, который должен полностью раствориться. Дайте раствору отстояться в течение 10 часов и отберите резиновой грушей чистый электролит, не затронув осадка.

Заливать электролит в аккумулятор надо пипеткой или резиновой грушей до тех пор, пока он перестанет впитываться в активную массу. Для более полного насыщения попробуйте часа через два долить еще, если масса впитает. Избыток электролита удалите пипеткой.

Один электрод присоедините к положительному (+), а другой к отрицательному (-) полюсу зарядного устройства — оно описано в пятом номере журнала за этот год. На клеммах сделайте соответствующую маркировку и при дальнейших зарядках строго придерживайтесь полярности. Напряжение зарядки не должно превышать 3,5 В на один аккумулятор. Зарядку следует закончить, как только напряжение на его электродах достигнет 2,0—2,4 В. Во время зарядки надо вынуть пробки из отверстий и добавить по нескольку капель воды. Закройте отверстия только после окончания зарядки. Средний зарядный ток для свинцово-поташного аккумулятора должен составлять 1 А на 1 дм² поверхности любого электрода, а разрядный ток — в 5 раз меньше. Емкость аккумулятора достигает 1,5— 2,2 Ампер-часа на 100 граммов веса. Внутреннее сопротивление — от 0,08 до 0,15 Ом на 1 дм² поверхности любого электрода.

В качестве сосудов для аккумулятора с успехом могут быть использованы, например, пластмассовые баночки для специй, которые продаются в любом магазине хозяйственных товаров.

При эксплуатации свинцово-поташных аккумуляторов придерживайтесь таких правил: оберегайте аккумулятор от резких ударов, не допускайте коротких замыканий в цепи, так как в этом случае в активной массе произойдут необратимые процессы и аккумулятор выйдет из строя; исправность аккумулятора проверяйте приборами или по накалу контрольной лампочки напряжением 3,5 В, но ни в коем случае не «на искру»; не доводите аккумулятор до глубокого разряда, своевременно ставьте его на зарядку: перед каждой зарядкой открывайте отверстия и заливайте в них по нескольку капель воды (желательно дистиллированной).

Воздушно-цинковый элемент

Предлагаем еще один тип источника тока — воздушно-цинковый элемент. Этот элемент не требует зарядки в процессе эксплуатации, что является весьма важным преимуществом перед аккумуляторами.

Воздушно-цинковый элемент сейчас — наиболее совершенный источник тока, так как он обладает сравнительно высокой удельной энергией (110—180 Вт-ч/кг), прост в изготовлении и эксплуатации и наиболее перспективен в смысле увеличения его удельных характеристик. Теоретически рассчитанная удельная мощность воздушно-цинкового элемента может достигать 880 Вт-ч/кг. Если будет достигнута хотя бы половина этой мощности, элемент станет весьма серьезным соперником двигателя внутреннего сгорания.

Очень важное преимущество воздушно-цинкового элемента — малое изменение напряжения при нагрузке по мере его разряда. Кроме того, такой элемент обладает значительной прочностью, так как его сосуд может быть изготовлен из стали.

Принцип работы воздушно-цинковых элементов основан на использовании электрохимической системы: цинк — раствор едкого калия — активированный уголь, адсорбирующий кислород воздуха. Подбирая составы электролита, активной массы электродов и выбирая оптимальную конструкцию элемента, можно значительно увеличить его удельную мощность.

рис. 6

Конструкция и технологический процесс изготовления воздушно-цинкового элемента почти ничем не отличаются от газового и свинцово-поташного. Устройство его показано на рисунке. В сосуде 1 размещены отрицательный цинковый электрод 2 и положительные электроды 5 из активированного угля. Положительные электроды — мешочного типа. По центру мешочка 4 вставляется стержень 9 из гальванического угля. Мешочек плотно заполняется активированным углем, верхняя часть завязывается вокруг стержня. Отрицательный электрод 2 представляет собой цинковую пластину толщиной 6—10 мм, в верхнем торце которой просверлено отверстие и нарезана резьба, куда заворачивается стальной стержень 6, имеющий на своем конце соответствующую резьбу. На все стержни электродов надеты клеммы 8, обеспечивающие надежный контакт. Между стенками сосуда и электродами проложены сепараторы 3 из гофрированного мипора или мипласта, которые можно взять из выбракованных мотоциклетных или автомобильных аккумуляторов, вымочить в течение 4—6 часов, после чего хорошо промыть проточной водой. В качестве сепараторов можно использовать сукно, тонкий войлок от валенок или стеклоткань.

Сверху элемент закрывается крышкой 7, в которой имеются сквозные пробки 10, через них пропускаются стержни электродов, а также глухая пробка 11 для заливки электролита.

Во время работы аккумулятора цинк постепенно растворяется электролитом. После полного разряда, когда израсходуется весь цинк, положительные электроды сохраняют свою работоспособность, и достаточно заменить отрицательный электрод, как аккумулятор вновь готов к работе.

В качестве электролита применяется 20-процентный раствор едкого калия в дистиллированной воде.

Электролит можно сохранять долго, если залить его в бутылку под самую пробку и стараться не взбалтывать.

Элемент можно неограниченно долго хранить в сухом состоянии, если при его изготовлении на дно заложить необходимое количество едкого калия и герметически закрыть пробкой 11. Чтобы привести такой элемент в действие, достаточно залить в отверстие дистиллированной воды так, чтобы она покрыла электроды.

Для увеличения срока службы цинковой пластины ее можно покрыть амальгамой ртути. В какую-либо фаянсовую или фарфоровую посуду налейте 20—30 г пятипроцентного раствора серной кислоты и капните несколько капель ртути. На дно посуды положите цинковую пластину и небольшим куском суконки или зубной щеткой втирайте ртуть в цинк до тех пор, пока ее поверхность не станет блестящей. Такой способ позволяет продлить срок службы отрицательной пластины в 10-20 раз.

Работать с ртутью необходимо в вытяжном шкафу или на открытом воздухе, так как пары ее ядовиты.

Для разборки элемента достаточно со стержней электродов снять клеммы 8, вынуть сквозные пробки 10, после чего легко снимается крышка 7 и можно заменить израсходованную цинковую пластину. При разборке элемента электролит должен быть удален, а внутренняя часть сосуда промыта проточной водой.

Емкость элемента можно значительно увеличить, если отрицательный электрод изготовить из пористого цинка.

Медно-окисный элемент

Медно-окисный элемент - прост, надежен в работе, способен давать большой разрядный ток при постоянном рабочем напряжении.

Удельная энергия медноокисного элемента составляет 52—70 Вт-ч/кг, что почти в три раза выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов. Электродвижущая сила элемента 1,2 В. Напряжение во время разряда стабильно удерживается в пределах 0,65 В вплоть до отдачи 90—95% своей емкости. Лишь при отдаче последних 5—10% емкости напряжение элемента может снизиться до 0,5 В. Элемент допускает восстановление положительных электродов — нужно лишь нагреть их до 120—150°С в духовке или над жаровней. Восстановленная пористая медь легко окисляется кислородом воздуха, после чего электрод вновь готов к работе. Срок службы положительных электродов весьма велик, есть сведения, что они работали более 30 лет.

Возьмите несколько кусков неплотной стеклоткани — она должна пропускать воздух при продувании ртом без особых усилий. Если ткань плотная и воздух не проходит или продувается с большим усилием, вытяните пинцетом нити по всей плоскости — каждую третью-четвертую.

Сшейте из этих лоскутов три мешочка по размеру выбранного сосуда. Для сшивания можно использовать лишь нити этой же ткани, другие применять нельзя.

Теперь приготовьте окись меди. Ее количество вычислите из соотношения:

где CuO — количество окиси меди в граммах, a Zn — количество цинка в граммах, которое вы собираетесь использовать в своем элементе.

Если необходимо вычислить количество компонентов для получения заданной емкости элемента, можно использовать формулу:

G(CuO) = 2 * W,
G(Zn) = 1,5 * W,

где W — емкость элемента в Ампер-часах. Например, от элемента требуется получить емкость в 100 А-ч. Тогда нужно будет взять

G(CuO) = 2 * W = 2 * 100 = 200 г окиси меди,
G(Zn) = 1,5 * W = 1,5 * 100 = 150 г цинка.

Для приготовления окиси меди можно воспользоваться одним из трех способов.

Первый. В отделе фототоваров или в хозяйственном магазине приобретите соду (Na₂CO₃) и медный купорос (CuSO₄). К насыщенному раствору медного купороса прибавляется насыщенный раствор соды. Смешивайте эти растворы в глубокой посуде, доливая соду небольшими порциями, так как смесь при этом сильно пучится, особенно если вы применяете пищевую соду.

Эту реакцию можно представить следующим выражением:

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = Cu₂(OH)₂CO₃ + Na₂SO₄ + CO₂.

Признаком окончания реакция служит полное просветление раствора медного купороса и выпадение зеленого осадка (углекислой меди). Осадок необходимо промыть, высушить, после чего высыпать на медную или железную пластину и прокалить. При этом зеленый порошок почернеет, то есть образуется окись меди:

Второй. К насыщенному раствору медного купороса добавляем понемногу столько раствора едкой щелочи (КОН или NaOH), чтобы раствор медного купороса стал совсем светлым. При этом образуется осадок бирюзового цвета — гидроокись меди. Смесь надо взболтать, дать ей отстояться и затем проверить по цвету отстоя, нет ли в ней свободного медного купороса. Если отстой будет несколько синеватым, следует прибавить еще некоторую порцию щелочи. После этого смесь надо подогреть до кипения. При подогревании выделяется безводная окись меди черного цвета. Ее надо промыть и высушить.

Третий. В насыщенный раствор медного купороса осторожно вливайте раствор аммиака (нашатырного спирта). Приобрести его можно в магазине хозяйственных товаров. Лучше, если он будет марки ЧДА, ХЧДА, Ч, но можно использовать и обыкновенный. Обычно крепость нашатырного спирта колеблется в очень широких пределах, поэтому определенную пропорцию привести невозможно. Просто добавляйте до тех пор, пока жидкость не начнет окрашиваться в темно-синий цвет и не появится осадок бирюзового цвета, — это и будет служить признаком окончания реакции. Полученный раствор взболтайте и прокипятите, пока осадок не приобретет черный цвет. Осадок выделите, промойте и хорошо просушите, после чего он готов к употреблению.

Для получения каждого грамма окиси меди во всех трех случаях надо взять 2 г медного купороса. Кроме того, по первому способу соды 1,3 г, по второму способу едкого натра 1,0 г или едкого кали 1,4 г, по третьему способу нашатырного спирта 1,0 г (в пересчете на 25-процентный).

Устройство элемента не отличается от предыдущих, оно видно на рисунке и не требует дополнительных пояснений.

В качестве электролита применяется 30-процентный раствор едкого кали, количество которого можно определить по формуле:

V = 5,18 * G(CuO),

где V — объем раствора едкого кали в см³, G(CuO) — вес окиси меди в граммах.

Например, для элемента в 100 А-ч требуется 200 г окиси меди. Количество электролита, необходимое для такого элемента, будет

V = 5,18 * G(CuO) = 5,18 * 200 = 1036 см³.

Для предупреждения саморазряда цинкового электрода и увеличения срока его службы в электролит полезно добавить немного тиосульфата натрия (Na₂S₂О₃). Другие его названия: серноватистокислый натрий, гипосульфит. Тиосульфата натрия достаточно 3 г на 1 л электролита.

Рис. 7. Конструкция медно-окисного аккумулятора:
1 — цинковый (отрицательный) электрод, 2 — сосуд, 3 — сепараторы, 4 — стержень из гальванического угля, 5 — положительный электрод (окись меди), 6 — мешочек из стеклоткани, 7 — крышка, 8 — клемма, 9 — пробка сквозная, 10 — пробка заливная.

Ионисторы

В последние годы появился новый класс приборов, функционально близких к конденсаторам очень большой емкости; по существу - занимающих положение между конденсаторами и источниками питания. Это - ионисторы, конденсаторы с двойным электрическим слоем. Номинальное напряжение ионистора зависит от вида используемого в нем электролита и является для него максимально допустимым. Для получения более высокого рабочего напряжения ионисторы соединяют последовательно. Но делать это самостоятельно не рекомендуется - параметры ионисторов в такой связке должны быть очень близкими.

Внутреннее сопротивление Rвн ионистора может быть рассчитано по формуле: Rвн = U\Iкз,
где Rbh - в омах; U -напряжение на ионисторе, В; Iкз - ток короткого замыкания, А.

Для ионистора К58-3 (японский аналог DC - 2R4D225) Rbh = 10...100 ом.

Электрическую емкость ионистора рассчитывают по формуле:

С = I x t \ Uном,

где С - емкость, Ф; I -постоянный ток разрядки от Uном - номинальное напряжение ионистора, В; t - время разрядки от Uном до нуля, с;

Рис. 8. Ионисторы.

Важнейший параметр ионистора - ток утечки. Особенно при использовании его в качестве резервного источника питания. Габариты некоторых ионисторов, выпускаемых в России, показаны на рис. 8. Ионистор К58-9а представляет собой залитый компаундом ионистор К58-3 с приваренными проволочными выводами ("+" маркирован черной точкой). Ионисторы К58-9б и К58-9в (японский аналог DB - 5R5D105) на напряжение 5 и 6,3 В состоят, соответственно, из двух и трех соединенных последовательно ионисторов К58-3. В принципе ионистор - неполярный прибор. Вывод "+" указывается для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе изготовителе. Основные характеристики отечественных ионисторов приведены в таблице 2. Их рабочие температуры - -25...+70°С; отклонения емкости от номинальной – -20...+80%.

Таблица 2

Долговечность ионистора зависит от условий эксплуатации. Так, при работе под напряжением Uном при температуре окружающей среды +70°С гарантированная долговечность составит 500 часов. При работе под напряжением 0,8 Uном она увеличивается до 5000 часов. Если же напряжение на ионисторе не превышает 0,6 Uном, а температура окружающей среды - +40°С, то ионистор будет исправно работать не менее 40000 часов.

Рис. 9. Типовые разрядные характеристики ионисторов.

Рис. 10. Зависимость емкости ионистора от тока разряда.

Рис. 11. Зависимость тока зарядки от времени зарядки ионистора.

Рис. 12. Зависимость тока утечки ионистора от рабочего напряжения.

Обычная схема включения ионистора в качестве резервного источника питания приведена на рис. 13. Диод VD1 предотвращает разряд ионистора С1 при Uпит = 0. Резистор R1 ограничивает зарядный ток ионистора, защищая источник питания от перегрузки при включении. Он не потребуется, если источник питания выдерживает кратковременную нагрузку током 100...250 мА.

Рис. 13. Включение ионистора в качестве резервного источника питания.

Во многих случаях ионистр с успехом заменяет встраиваемые в прибор резервные источники питания. Весьма перспективен ионистор в качестве накопителя энергии при работе совместно с солнечными батареями. Здесь особенно ценна его некретичность к режиму заряда, практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Ионистор не требует ухода в течении всего срока службы.

Ионикс свими руками

Работает ионикс на электрохимическом принципе. Значит, в его конструкции есть и электроды и электролит. Для электродов нам подойдут два кружочка из меди, латуни или нержавейки. Еще понадобится угольный порошок. Купите в хозяйственном магазине сменные угольные таблетки для водоочистителя "Родничок" и растолките их мелко-мелко. Электролит приготовим из обыкновенной воды, растворив в ней на 100 граммов 25 граммов поваренной соли.

Рис. 14. Устройство ионистора:
1, 5 – электроды; 2, 4 – угольно-электролитная обмазка, 3 – прокладка.

Смешайте раствор с угольным порошком до консистенции замазки и нанесите слоем в несколько миллиметров сначала на один электрод, потом на другой. Теперь очередь за прокладкой, которая должна разделить электроды так, чтобы электролит свободно проходил сквозь ее поры, а угольный порошок нет. Из наиболее распространенных материалов для такой цели подойдет обыкновенная промокашка, но можно поискать и что-нибудь попрочнее, например, кусочек поролона или стеклоткани. Начинка нашего ионикса готова. Остается найти ему подходящий кожух. Это может быть пластмассовая коробочка от косметического набора. Но не забудьте просверлить в ней дырочки и пропустить сквозь них проводки, припаянные к электродам. Закрываем коробочку. Подсоединяем проводки к электрической батарейке (необходимо напряжение не более 0,7 В; его нетрудно получить при помощи одного гальванического элемента и переменного сопротивления 0...20 Ом) и смотрим, произошла ли зарядка. При этом на разных электродах должна образоваться концентрация разнообразных ионов. Отсюда и названия: ионикс. Конечно, лучше всего проверить заряд на приборе, например, вольтметре. Заранее ясно, что одного элемента будет для нас недостаточно. Это зависит от величины от величины тока и напряжения, которые требуются электродвигателю. Если гирлянда из элементов, соединенных последовательно, будет получаться очень большая, попробуйте поэкспериментировать, меняя толщину угольно-электролитной обмазки, ее консистенцию, а также диаметры электродов.

Содержание

Составитель. Патлах В.В.
http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.