Газовые элементы и аккумуляторы
Газовые элементы и аккумуляторы
А. Пресняков
Современная техника требует большого количества переносных источников электрической энергии. Они должны быть легкими, простыми в недорогими. Попытки найти новые пути в решении этого вопроса всегда вызывали интерес.
Могут быть, например, созданы такие химические источники электрической энергии, в которых в ре* акциях участвуют не твердые вещества, а газы.
Каковы же основные особенности газовых элементов и аккумуляторов? Можно ли обыкновенный кислотный свинцовый аккумулятор назвать газовым?
При зарядке на катоде свинцового аккумулятора выделяется водород, восстанавливающий окислы свинца в чистый свинец. На аноде выделяется кислород, окисляющий при заряде свинец пластины аккумулятора в двуокись свинца. Газы здесь играют только вспомогательную роль и при отключении аккумулятора от источника тока тут же улетучиваются.
В газовых же аккумуляторах н элементах во время зарядки образуются н длительное время сохраняются запасы газов, взаимодействующих между собой при разряд- ке,— они являются активными веществами. Сами электроды в электрохимических процессах не участвуют, Пластины в газовом аккумуляторе и в газовой элементе являются носителями для активных веществ — газов. В этом основное отличие газовых аккумуляторов н элементов от источников тока других типов.
Газовые гальванические элементы были созданы больше века назад, но не получили до сих пор практического применения. Объясняется это тем, что при обычной температуре газы находятся в молекулярном состояния, в котором они в реакцию не вступают. Таким образом, задача создания элемента сводится к тому, чтобы найти способ разложения молекулярных газов в атомарные, так как только в атомарном состоянии газы становятся химически активными. Решить эту задачу можно двумя путями: применением катализа-торов (веществ, ускоряющих химические процессы) и нагреванием газов до высокой температуры. В первом газовом гальваническом элементе был применен активный катализатор— губчатая платина.
Необходимость применения платины или других катализаторов из ценных материалов, а также сложность конструкций являлись основными препятствиями в развитии так называемых холодных газовых элементов. Тепловые газовые элементы также не получили распространенна из-за сложности изготовления и эксплуатации и пока что не вышли из
стен лабораторий.
В отличие от газовых гальваниче-ских элементов в газовом аккумуляторе атомарные газы создаются посредством электролиза во время зарядки аккумулятора. В качестве электродов используются пластины из активированного угля, обладающего 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 поверхность пор в одном грамме активированного угля достигает тысячи квадратных метров.
Так как газы обладают различными электрическими потенциалами, то для того, чтобы получить большую емкость аккумулятора, нужно подобрать такие газы, которые давали бы большую разность потенциалов н хорошо поглощались бы адсорбентами (в данном случае активированным углем).
Простейший газовый аккумулятор
состоит из двух пластин, сделанных из активированного угля и помешенных в банку с 15-процентным раствором хлористого натрия (поваренная соль, одна столовая ложка на стакан воды). При зарядке аккумулятора происходит электролиз раствора хлористого натрия, в результате чего отрицательный электрод насыщается водородом, а положительный — хлором. Напряжение на зажимах такого аккумулятора составляет 2,5 в. При эксплуатации аккумулятора электролит следует периодически менять, так как в нем скапливается едкий натр, получающийся при разложении соли.
В газовых аккумуляторах в качестве электролита можно применять и другие растворы (солей, кислот, щелочей), но тогда при электролизе во время заряда на электродах будут выделяться и другие газы, В зависимости от того, какие газы используются 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 — раствор питьевой соды) дают 1,3 в. Хорошие результаты дает пара хлор —сернистый газ, так как эти
газы хорошо удерживаются активированным углем. Трудность при применении этой пары газов состоит в том, что в аккумуляторе приходится 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 разложении хлористого натрия (поваренной соли), а сернистый газ SO2 — в другой банке при электролизе сернистого натрия. Затем угольные насыщенные газон пластины помещаются в общий сосуд, залитый электролитом, которым служит раствор хлористого натрия. Сернистый газ в газовом аккумуляторе — отрицательного 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 сохраняется в его порах. Хлор же, как показал опыт, держится слабее. Поэтому, если к сернистому газу подобрать 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 мешающую движению ионов, но препятствующую смешиванию двух электролитов. Во время зарядки (рис. 1,6) оба газонесущих электрода 2 должны быть подключены К положительным зажимам источника 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