Добрый день!
Провел простейший эксперимент по созданию аналога батареи Карпена..
Подготовка к нему заняла некоторое время для поиска аналогов (информация практически отсутствует), выбора наиболее оптимальных веществ и материалов для эксперимента.
Получилось, что на первичном этапе наиболее оптимальным веществами для электродов являются медь и алюминий, электролитом – концентрированная уксусная кислота.
Преимущества:
- доступность (для алюминия = пищевая фольга, банки из под пива, напитков / для меди = широкое распространение медных изделий, медь широко используется при прокладки трасс кондиционеров, покрытия крыш медными листами, в электропроводке - шины, провода…, медная фольга чуть менее доступна),
уксусная кислота (эссенция) еще пока присутствует в широкой продаже (законодательством отнесена к прекурсорам-веществам, которые могут участвовать в процессе получения наркотических веществ).
- довольно низкие цены для составляющих
- химическая (коррозийная) стойкость для составляющих (медь и алюминий при нормальных условиях не реагируют с уксусной кислотой, для уменьшения коррозии требуется удаление из электролита растворенного кислорода, то есть герметизации рабочего объема)
- максимальное разнесение используемых металлов между собой в электрохимическом ряду напряжений металлов
С учетом определенных трудностей с приобретением медной фольги, была - куплена одностороння стеклотекстолитовая плата с медной фольгой (в радиомагазине), размер 15х10 см, которая послужила первым электродом.
Из пищевой фольги (фольга пищевая «Саянская», толщина 11 мкм) был вырезан второй электрод 15х10 см.
В пластиковую емкость уложен алюминиевый электрод, на него фильтровальная бумага (диэлектрический разделитель), сверху стеклотекстолит с медной фольгой (сторона с фольгой направлена к алюминию). Конструкция заливалась электролитом с полным погружением электродов в жидкость. Контакт с электродами – радиотехническими «крокодилами». Измерение тока и напряжения - на два китайских мультиметра (определенная погрешность в их показаниях выявлена при проверке цифр расчетом).
Эксперименты проводились с электролитом:
- вода из под крана (ожидаемый градус жесткости воды = 3-4 °Ж)
- электролит уксусная кислота 70% (измеренный рН=2,7), сняты рабочие параметры при различной нагрузке
- разбавленная уксусная кислота (разбавление водой из под крана на глазок, измеренный итоговый рН=2,9)
================================
Вода из под крана (ориентировочный градус жесткости воды = 3-4 °Ж)
На меди образуется плюс
Установившееся напряжение = 0,45в (в режиме холостого хода)
Установившийся ток при работе в режиме короткого замыкания (сразу на измеритель тока без дополнительных элементов в цепи) = 0,25-0,3 мА
При переключении на измерение напряжения (разрыв цепи нагрузки или то же самое происходит если вынуть электроды из электролита) – первичный ток 0,15 мА, медленно увеличивается (5-10 мин) до 0,25 мА . После разрыва цепи (или вынимание электрода из воды) имеет довольно пологую характеристику выхода на рабочий ток
Покачивание (движение электролита) меняет ток – прыгает сначала кратковременно (1-2 сек) вверх и устойчиво снижается (на 20-40%) в меньшую сторону, постепенно восстанавливается до рабочего.
Изменение температуры электролита (от +15 до + 50 С) – не выявили четко выраженного влияния на характеристики ячейки.
=================================
Уксус 70% (рН=2,7)
На меди образуется плюс
Установившееся напряжение 0,45-0,5в (в режиме холостого хода)
Установившийся ток при работе в режиме короткого замыкания (на измеритель тока) = 3,1мА, ток стартует с 0,8 мА вырастает за 5-10 мин до 3,1 мА
При полном коротком замыкании (замыкание проводом между электродами, время КЗ 3-5 сек), напряжение начальное (после КЗ) до 0,72в, довольно быстро (примерно за 3-5 сек) падает до 0,45-0,5в
При работе в режиме короткого замыкания (на измеритель тока) – ячейка очень чувствительна к вибрациям (перемещениям электролита), рабочий ток – устойчиво прыгает в меньшую сторону, постепенно восстанавливается до исходного
Работа на нагрузку 8,2кОм
Установившееся напряжение 0,46в
Установившийся ток 55мкА
Покачивание никак не влияет на ток
После полного КЗ (проводом между электродами) – сразу выходит на рабочий ток (менее 1 сек)
Работа на нагрузку 1,4 кОм
Установившееся напряжение 0,42в
Установившийся ток 230мкА
Покачивание изменяет рабочий ток примерно на 10%, потом все приходит в норму
После полного КЗ (проводом между электродами) – выход на рабочий ток за 1-2 сек
Работа на нагрузку 0,24 кОм
Начальное напряжение 0,23в, ток 0,6мА (сразу после восстановления цепи измерения) = тоесть ячейка стартует при этих значениях
Установившийся ток 1,1мА, напряжение 0,36в (ячейка выходит на эти параметры за 3-5 мин)
При данном эксперименте выявлена значительная чувствительность к движению электролита (ток падает примерно в 2 раза, потом 3-5 мин восстанавливается, примерно в 70-80% от первоначального тока за 15-30 сек, потом увеличивается довольно медленно)
После полного КЗ (3-5 сек) – ячейка сразу выходит на ток 1,2мА и потом следует падение тока за 1-2 сек до 1,1мА, напряжение после КЗ 0,53в потом происходит падение до рабочего напряжения
При КЗ менее 1 сек – практически не реагирует (начальное напряжение после КЗ 0,23в, ток 0,6мА)
=====================================
Уксус разбавленный на глазок водопроводной водой из под крана (итоговый рН=2,9)
Нагрузка 0,24к
Установившее напряжение 0,28в
Уст ток 0,8мА
После разрыва цепи – начинает с 0,24в, ток с 0,71мА
При нормальном КЗ (3-5 сек проводом) – стартовый ток 1,25 мА, потом падает до 0,8мА
Колебания электролита уменьшают ток на 20-30%, ток постепенно восстанавливается.
Эксперимент с разбавленной кислотой скрупулезно не обыгрывался, так как сразу показал, в каком направлении желательно двигаться (сравнение воды и разбавленной кислоты = наибольший выход можно ожидать при увеличении концентрации электролита).
=====================================
Попытка провести эксперимент с уксусной эссенцией и объемными электродами в виде плотно увязанного порошка активированного угля и плотно увязанного порошка железа (железо восстановленное) - окончилась неудачей в связи с тем, что порошок железа вступил в бурную химическую реакцию с уксусной кислотой.
======================================
ИТОГ.
Выявлена характерная закономерность – после погружения электродов в электролит (или восстановления токовой цепи), происходит медленное увеличение тока в нагрузке, до максимального значения для данного электролита и включенной нагрузки. После установления максимального тока, покачивание электролита приводит к кратковременному увеличению тока и быстрому его снижению до какого то установившегося значения, после прекращения покачивания происходит медленный возврат к максимальному току (очень четко выражено при малых сопротивлениях нагрузки). Короткое замыкание электродов (проводом между электродами) на длительный период (3-5 сек), после снятия КЗ – рывком увеличивает ток в нагрузке до максимальных значений и его последующего уменьшения до рабочего. Эти эффекты скорее всего связаны с формированием двойного электрического слоя возле электродов.
Не продолжительное наблюдение за алюминиевым и медным электродами погруженными в уксусную кислоту не выявило химических реакций между составляющими ячейки. При максимальном рабочем токе одновременное вынимание 2-х электродов из электролита, уменьшает рабочий ток пропорционально примерной площади погруженных в электролит электродов.
Рабочее напряжение в 0,3-0,5в - позволяют запитывать преобразователи напряжения (например «вампирчик»), дающие на выходе стандартные напряжения для электронных устройств.
Путь увеличения рабочего тока – увеличение рабочих площадей электродов. Увеличение мощности батареи – увеличение площади электродов, подбор пар металл-металл, подбор электролита.
При использовании в качестве рабочих электродов – фольги металлов (медь, алюминий) толщиной 10-50 мкм (0,01-0,05 мм) и диэлектрического разделителя устойчивого к уксусной кислоте (стеклоткань, укрывной материал, бумага…) толщиной 100 мкм, можно ожидать толщину одного рабочего слоя в 250 мкм (0,25 мм). При заполнении чередующими слоями условной пластиковой кюветы размером с пачку бумаги А4 (210×297 мм, высота примерно 50 мм), аппроксимируя данные из опыта, можно для такой кюветы ожидать рабочий ток примерно в 0,8А при напряжении 0,3-0,5в (0,2-0,4Вт). Не очень много без оптимизации, но даже из такой батареи можно сделать в вертикальном корпусе-цилиндре «вечную свечку» на светодиоде (заявленное время работы у многих светодиодов – 50 000 часов). Планирую в какое то разумное время приобрести отдельно медную фольгу (алюминиевая фольга и уксус уже есть) и собрать для длительного наблюдения рабочую батарею с большим количеством слоев (скорее всего в стеклянной герметичной банке или в пластиковых сантехнических трубах). Дополнительный путь увеличения тока - опробывание электродов со значительным количеством пор: активированный уголь в чушках (полученный обжигом деревянных чурок с минимальным доступом воздуха), пористые металлы (пористый свинец из аккумуляторов...).
На форуме создана примерно аналогичная тема, но в ней рассматривается электрические ячейки на твердом электролите (так же без химического расхода электродов): «Делаем батареи» (ссылка: <a class="postlink-local" href="http://zaryad.com/forum/viewtopic.php?f=66&t=671" onclick="window.open(this.href);return false;">viewtopic.php?f=66&t=671</a> ).
Согласно видеоматериалам, которые можно найти на ютубе или при поиске в инете (поисковые фразы: Earth Lights; Cement Crystal Battery; crystal battery; Series Crystal Rock Battery John Bedini; Bedini Crystal Rectifier Cell; Solid State Polycrystalline Cells / John Bedini; Crystal CeLL; Earth Battery ; Hutchison Power Cell; Epsom Salts Crystal Cell; Crystal Water Battery…), при первом приближении для этого решения с одинаковым рабочим объемом можно получить большие мощности (проведена значительная оптимизация конструктивов). Возможный недостаток – меньшая распространенность химических элементов используемых в батарее. Материалы по такой батарее в русскоязычном инете практически не представлены, в англоязычном – есть определенное количество, но требуют более глубокой проработки из за требуемого более тонкого перевода.
