Земляная батарейка

Для питания и зарядки портативной электроники в тех местах, где нет электросети можно успешно использовать на ряду с другими источниками электроэнергии и простейшие химические источники тока, гальванические первичные и вторичные элементы.

Их использование возможно на дачах при долгосрочном проживании при отсутствии электросети, а так-же в отдалённых деревнях где или нет совсем электроэнергии, или постоянные перебои с электроснабжением. В советской России химические источники тока или гальванические элементы получили широкое распространение в радиолюбительской технике в середине прошлого столетия, так как эти источники просты в изготовлении и изготовляются из легкодоступных материалов.

Сейчас, когда портативная электроника стала очень экономична в плане электропотребления, её питание от самодельных химических источников тока может оказаться очень эффективным, так как такие источники тока с успехом применяли ещё на заре развития радиотехники.Тогда техника потребляла в разы больше электроэнергии чем современная аппаратура, а сейчас с развитием энергосберегающей светотехники .например светодиодной, на освещение тратится в 4-5 раз меньше электроэнергии, чем от потребление обычной лампочки, а так-же современные мобильные телефоны, КПК, и другие гаджеты потребляют не чуть не больше, а даже меньше чем радиоаппаратура прошлых десятилетий.

Простейший гальванический элемент

Вольтов столб Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа Вольтовым столбом. Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги.

В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля».В 1859 году французский физик Гастон Планте изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах. В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом.

Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia». Самый долгоживущий гальванический элемент — серно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 г. Подключенный к ней звонок работает и по сей день. (источник ВИКИПЕДИЯ)

Простейший медно-цинковый элемент сосотойт из двух электродов-пластин погруженных в раствор электролита, при погружении в электролит между металлами возникает разница потенциалов, при погружении в раствор повареной соли медной пластины и цинковой возникает разница потенциалов примерно в 1вольт, и один элемент независимо от размеров имеет напряжение в один вольт, а мощьность такого элемента зависит от его размеров и площади пластин погружоннх в электролит.Для получения более высокого напряжение эти элементы, как и зоводские батарейки соеденяют последовательно для получения нужного напряжения.

Характеристики мдно-цинкового элемента

Медно-цинковые источники тока. Производство этих химических источников тока началось еще в 1889 г. В настоящее время они выпускаются в небольших масштабах в виде элементов емкостью от 250 до 1000 А*ч. Гладкие цинковые пластины и пластины из смеси оксида меди, меди и связующего помещают в стеклянный или металлический сосуд с 20%-ным раствором NaОН. Элементы имеют напряжение 0, 6-0, 7 В и удельную энергию 25-30 Вт*ч/кг. К их достоинствам относится постоянство разрядного напряжения, очень малый саморазряд, безотказность в работе и невысокая цена. Применялись в системах сигнализации и связи на железных дорогах.

В реальных условиях энергоёмкость может сильно отличатся, и зависит она от площади пластит, чистоты металлов и плотности электролита.Элемент собранный в литровой банке, с пластинами максимальной площади, двадцати процентным раствором соли в виде электролита, выдаёт напряжение от 0, 6-1, 1 вольта, 10-20а/ч, но в таких элементах очень маленький разрядный ток маленький, и ток замыкания может быть около 100-150мА/ч., а чем меньше подсоединенный источник потребляет, тем больше медно-цинковый элемент может вырабатывать электроэнергии. Элемент собранный в литровой банке при токе разряда 50мА/ч проработает от 200часов до 400часов и более и более, но со временем пластины окисляются и напряжение падает и в итоге элемент перестаёт работать. Для восстановления элемента надо заменить электролит и очистить пластины от окисления и элемент снова будет работать.

Процесс окисления зависит от разрядного тока чем он выше, тем быстрее элемент выйдет из строя, но в среднем элемент в литровой банке до чистки и перезарядки, при разрядном токе 50 мА/ч проработает около 3-4 месяца, а при разрядном токе в 2-5 мА/ч его хватит на год и более.Простого литрового элемента не хватит для питания даже простого миниатюрного радиоприемника, и для того чтобы получить нужные характеристики нужно собрать блок из нескольких элементов.

Сейчас в основном вся портативная электроника питается напряжением в 3,6-4,5 вольта, и для того чтобы получить такие числа нужно соединить последовательно 4-5 таких элементов, если соединить 5 литровых элементов, то получится примерно3,5-4,8 вольта, и ёмкость возрастает до 40-50а/ч, а ток разряда может достигать 400-600 мА/ч, следовательно такой источник легко справится с питанием маленького радиоприёмника или светодиодного фонарика, а так-же с зарядкой миниатюрных аккумуляторов телефонов в течении 10-30 часов.Но для питания мощных светодиодных фонарей и питания современных телефонов и КПК такого источники будет маловато.

Для стабильного питания понадобится что -то по больше, например элемент ёмкостью как на рисунке, объем 40-50 литров, для стабильного питания портативных комнатных светодиодных светильников и другой техники.Для изготовления такого химического источника электроэнергии на понадобятся, 5 медных пластин размерами 20/40, и 5 таких-же цинковых, далее на каждую пластинку нужно припаять или запрессовать путём загибания уголка пластины вставить проводок и за плющить молотком.

После надо пластины через электронопроводящие прокладки (деревянный брусочек или пластмассовая трубка) закрепить между собой, потом опускаем их в ёмкости с электролитом, это или раствор поваренной соли, или раствор нашатыря, или раствор серной кислоты(авто электролит), после соединяем получившиеся батарейки последовательно, то есть медная пластина одного элемента через проводок соединяется с цинковой пластиной другого элемента и в итоге с одной стороны получившегося блока остаётся пластина медная с проводком (+), а с другой цинковая (-). Чем больше площадь пластин и чем лучше электролит, тем выше эффективность такого источника тока.