Sveicieni mūsu vietnes iedzīvotāji!
Gadu no gada naftas ieguve kļūst arvien sarežģītāka, un no tās iegūtā degviela kļūst arvien dārgāka. ES valstīs viņi parasti draud pārtraukt benzīna dzinēju ražošanu, viņi vēlas visus transportlīdzekļus aizstāt ar elektriskajiem automobiļiem. Bet litija baterijas joprojām ir tālu no ideāla, un, starp citu, tās nemaz nesteidzas kļūt par ideālām. Labākajā gadījumā ar vienu litija akumulatora uzlādi būs iespējams nobraukt maksimāli 700 km attālumu, pēc kura akumulators būs jāuzlādē apmēram nedēļu, un, ja lādēšanai izmantojat parastu kontaktligzdu, tas parasti prasa daudz laika. Un jūs vienkārši iedomājaties, kas notiks, ja visi pastāvīgi uzlādēsies ar savām elektriskajām automašīnām, kādas milzīgas slodzes būs elektrotīklam un cik liels spriegums noplūst. Kopumā litija bateriju nākotne joprojām ir diezgan neskaidra, un katru gadu arvien vairāk pētījumu tiek veltīti jaunu akumulatoru iespēju meklēšanai.
Kā jūs zināt, visintensīvākais metāls ir alumīnijs. Jau mūsu laikā ar dažiem alumīnija akumulatoru prototipiem jūs varat nobraukt aptuveni 2000 km bez uzlādēšanas, un šāda veida akumulatoru uzlādēšana prasa tikai 15 minūtes, pēc tam jūs varat nobraukt vēl apmēram 2000 km.
Alumīnija akumulatoru uzlādēšana atšķiras no litija bāzes akumulatoru uzlādēšanas. Neskatoties uz to, tajā nav nekā sarežģīta, jums vienkārši jāievieto jauns alumīnijs, jāizlej elektrolīts un jāielej jauns elektrolīts, viss būtībā ir tas pats, kas benzīns auto, tikai šī ir elektriskā automašīna, un elektrotīklam nav slodzes. Turklāt, lai uzlādētu visas šīs elektriskās automašīnas, jums nav jāražo milzīgs skaits noieta vietu ar vadiem ar milzīgu šķērsgriezumu.
Bet ne viss šeit notiek tik gludi. Elektrības iegūšana no alumīnija nepavisam nav tik vienkārša, kā mēs vēlētos. Vispirms izdomāsim, kāds ir alumīnija-gaisa akumulatora princips.
Lai šāda baterija varētu sākt darboties, nepieciešami 2 elektrodi: viens dabiski no alumīnija, bet otrs - no grafīta. Abi šie elektrodi atrodas elektrolīta šķīdumā.
Sāli (NaCl) var izmantot kā elektrolītu, bet ar to jūs varat palielināt spriegumu līdz aptuveni 0,7 V. Sārma elektrolīta (NaOH) spriegumu var paaugstināt jau vairāk, līdz aptuveni 1 V.
Ķīmiskās reakcijas laikā alumīnijs tiek pārklāts ar alumīnija hidroksīda (Al (OH) 3) slāni, kas pakāpeniski nogrimst tvertnes apakšā. Un uz grafīta elektrodu virsmas veidojas ūdeņraža burbuļi, kas savukārt izraisa pretestības palielināšanos un sprieguma kritumu, šo procesu sauc par polarizāciju.
Pirmo problēmu ar alumīnija hidroksīda nogulsnēšanos var novērst, vienkārši palielinot jaudu, kurā izlietotais produkts nogulsnējas, bet otro problēmu var palīdzēt radīt depolarizējoša masa, kuras pamatā ir mangāna oksīds, kas darbības laikā pārvērtīsies par mangāna hidroksīdu.
Faktiski mēs saņēmām parastu sārma akumulatoru, bet tikai ļoti lielu. Bet rodas jauna problēma. Fakts ir tāds, ka tiek patērēts arī mangāna oksīds, un tas arī būs jāmaina. Un mums ir jānodrošina, ka tiek tērēts tikai alumīnijs. Lai to izdarītu, ņem skābekli no apkārtējā gaisa. Šeit sākas alumīnija-gaisa akumulators. Vienu no sienām vienkārši jāmaina ar gāzi caurlaidīgu membrānu, un grafīta elektrodu jāaizvieto ar grafīta un mangāna oksīda maisījumu ar platīna vai sudraba nanodaļiņām.
Mangāna oksīds ar cēlmetālu nanodaļiņām nereaģē, bet darbojas kā katalizators, kura dēļ ūdeņradi no elektrolītiem oksidē gaisā esošais skābeklis.
Mangāna oksīda iegūšanas tehnoloģija ar sudraba nanodaļiņu ieslēgumiem principā nav sarežģīta, un to var izmēģināt amatnieciskos apstākļos. Bet šajā rakstā mēs apspriedīsim, kā padarīt visizdevīgāko variantu akumulatoram, kas saņem enerģiju no alumīnija. Šīs instrukcijas ir no Ugunīgā TV kanāla YouTube. Sīkāka informācija autora oriģinālajā video:
Grafīta maksimālā budžeta versija ir trolejbusu vasaras kontaktu ieliktņi. Galīgajās trolejbusu pieturvietās tos var atrast pilnīgi bez maksas, vai arī tos var iegādāties, tie nav dārgi, autors tos atradis pārdošanā par 22 rubļiem gabalā.
Tālāk mums vajag sārmu. Šeit ir rīks cauruļu tīrīšanai, tā sastāvā ir simtprocentīgi nātrija sārmi.
Lai sāktu sārmu reakciju, mums vajag nedaudz, pietiks ar 1 g sārma uz 0,5 l ūdens.
Pirmkārt, pārbaudīsim, vai šajā akumulatorā grafīta elektrods tiešām ir vajadzīgs. Lai iegūtu pieredzi, ņemsim šo nerūsējošā tērauda elektrodu.
Tagad mēs ieliekam sārmā alumīnija plāksni un nerūsējošā tērauda elektrodu, pievienojam multimetru un redzam, cik voltu tas izrādās.
Kā redzat, tas izrādījās aptuveni 1,4 V. Tagad pārbaudīsim īssavienojuma strāvu.
Īssavienojuma strāva izrādījās aptuveni 20mA. Kādus secinājumus var izdarīt: teorētiski ekstremālos apstākļos ir iespējams salikt akumulatoru no nerūsējošā tērauda krūzes un alumīnija folijas.
Tālāk mums būs vara elektrods, kas izgatavots no elektriskā vara.
Kā mēs varam novērot, spriegums izrādījās nedaudz lielāks par 1,4 V, bet īssavienojuma strāva sākumā bija liela, bet pēc tam tas sāka diezgan strauji sarukt, un arī vara sāka pārklāt ar tumšu pārklājumu, visticamāk, šo efektu izraisīja piemaisījumi ūdenī, jo ūdens Šajā eksperimentā autore no krāna paņēma krānu.
Tagad iegremdējiet grafīta elektrodu elektrolīta šķīdumā.
Ar šo elektrodu tika iegūts spriegums 1,3 V, īssavienojuma strāva apstājās apmēram 17 mA. No pirmā acu uzmetiena šķiet, ka nerūsējošā tērauda elektrods ir efektīvāks, taču nerūsējošā elektrodu virsmas laukums ir lielāks, tāpēc vēl nav zināms, kurš grafīts vai nerūsējošais tērauds ir labāks.
Tā kā grafītam ir diezgan liela pretestība, jums kaut kā ar to jātiek galā. Ir nepieciešams izgatavot elektrodus no materiāla, kas labi vada, un grafītam vajadzētu būt tikai uz tā virsmas.Tika nolemts urbt caur grafītu, un iegūtajos caurumos izgriezt diegu m6 skrūvēm.
Rezultāts ir tērauda elektrods ar grafīta apvalku.
Neizurbta grafīta pretestība ir aptuveni 4,5 omi, bet izurbta grafīta izturība ir aptuveni 1,7 omi.
Uz sejas palielināsies pretestība un attiecīgi palielināsies struktūras efektivitāte. Turpmākajos eksperimentos mēs izmantosim destilētu ūdeni.
Pirmais eksperiments ar elektrolītu, kurā 4 g sārmu uz 1 litru ūdens.
Īssavienojuma strāva izrādījās 150mA. Nākamā elektrolīta koncentrācija ir 6 g sārma uz 1 litru. Nu un tā tālāk, katru reizi mēs palielināsim koncentrāciju par 2 g, līdz sasniegsim koncentrāciju, kurā strāva nepalielināsies.
Kaut arī šādai vienkāršai baterijai nav lielas strāvas efektivitātes, taču šāda baterija var darboties ļoti ilgu laiku, un par elektrodiem var izmantot jebkuru alumīniju, ko var viegli izkausēt jebkuras formas elektrodos, piemēram, alumīnija kannas dažādi alkoholiskie un bezalkoholiskie dzērieni, šokolādes folija utt.
Rezultātā pēc visiem eksperimentiem ar dažādām elektrolīta koncentrācijām kļūst skaidrs, ka ar šo akumulatora dizainu nav jēgas 1 litram ūdens pievienot vairāk par 12 g sārmu, tas ir, mēs iegūstam aptuveni 1% šķīdumu.
Tad autore samontēja vēl vienu klipu, kas sastāv no 3 elektrodiem.
Divas baterijas dod lielāku spriegumu un mazākus zaudējumus, tāpēc rezultāts ir labāks.
Tagad ņemsim spaini elektrolīta, lielu alumīnija gabalu un 2 nerūsējošā tērauda elektrodus.
Kausā elektrolītu koncentrācija 10g / 1l. Maksimālā strāva 1.3A, tā samazinājās līdz 520mA. Ar visu milzīgo nerūsējošā tērauda laukumu tas nebija salīdzināms ar grafītu, jo izrādījās, ka ar grafītu tas bija 600mA. Starp citu, reakcijas laikā izdalās ūdeņradis, ko var arī savākt un izmantot kā enerģijas avotu. Īsāk sakot, ir kur augt. Tas viss pagaidām. Paldies par uzmanību. Tiekamies drīz!