Батарея из гальванических элементов Калло

Гальванический элемент — это устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую. Он состоит из пары электродов, которые сделаны из разнородных металлов (классический вариант медь и цинка), погруженных в электролит. За счет химической реакции между электродами возникает разность потенциалов (электрическое напряжение). Т.е. с первого взгляда сделать гальванический элемент очень просто. В первом приближении достаточно взять подходящую пару металлов (которые по возможности отстоят как можно дальше в ряду электрохимических напряжений металлов Li→Cs→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Ti→Mn→Zn→Cr→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au) и поместить их в подходящий электролит (обычно раствор какой-нибудь соли или кислоты). Это простая конструкция, которую может собрать каждый даже в условиях постапокалипсиса.


Рис. 1 Фиолетовый аликорн рассматривает самодельную энергоячейку Батарея из трех гальванических элементов Калло.


Но такая простая конструкция не подходит для длительной работы. На поверхности электродов будут появляться пузырьки газа. В частности на положительном электроде будет выделяться газообразный водород. Это вредное явление, т.к. пузырьки газа ток не проводят. Для сколько-нибудь длительной работе гальванических элементов необходимо бороться с этим явлением. В простейшем случае можно просто механически удалять пузырьков газа с электродов, встряхивая элемент питания, или временно извлекая электроды из электролита. Но, разумеется, это неудобно, а потому практичнее уменьшать влияние поляризации путем введение в электролит специального компонента — деполяризатора. Именно так устроен гальванический элемент Калло.


Рис. 2 Схема элемента Калло

В качестве емкостей для электролита были использованы баночки от эпоксидного пластилина (холодной сварки). Т.к. электродвижущая сила (Э.Д.С.) одного элемента порядка 1 В, то для того, чтобы получить какой-то практически заметный эффект надо использовать несколько элементов (3 в случае автора).
Для крепления элементов используем брусок ДСП, в котором при помощи кольцевой фрезы вырезаем три отверстия диаметром примерно 28 мм.


Рис. 3 Деревянный брусок, который служит основанием для батареи элементов.

В крышке каждой емкости нужно просверлить два небольших отверстия диаметром 3-5 мм для соединительных проводов. Вообще, по-хорошему нужно установить на каждом элементе какие-нибудь специальные контакты, например винтовые клеммы, но каждый не пропаянный контакт будет давать небольшое падение напряжения просто за счет окислов и других загрязнений на поверхности металла (переходное сопротивление). Учитывая, что у нашего элемента Э.Д.С. и отдаваемый ток не слишком велики, лучше соединить все элементы при помощи пайки, благо цинк с медь легко соединяются при помощи обычного припоя ПОС-61 с канифольным флюсом.
В качестве положительного электрода используется отрезок медного провода длиной 15-20 см. С одного конца провод зачищаем на 10-15 мм, на другом конце зачищается провод на 8-10 см, затем длинную зачищенную часть скручивается в плоскую спираль. При установке в емкость спираль должна располагаться вблизи дна емкости. Цинковые пластины для отрицательных электродов нарезаются из цинковых стаканчиков от сухих элементов Лекланше. Элементы Лекланше это обычные солевые элементы питания (щелочные элементы в качестве источника цинка не подойдут). Кроме этого лучше в качестве «месторождения цинка» использовать сравнительно крупные элементы, например элементы типоразмеров D (R20) или C (R14), в элементах АА (R6) или еще меньших цинка сравнительно мало. При разборе солевого элемента надо быть готовым к тому, что внутри него будет сильно пачкающий все вокруг черный порошок – перекись марганца с графитом, которая является в элементе Лекланше деполяризатором. Затем к полученной цинковой пластине припаивается вывод положительного электрода соседнего элемента. Чем больше будет площадь электродов, тем больший ток можно будет отбирать у нашего гальванического элемента.


Рис. 4 Электроды, изготовленной автором батареи после примерно недели нахождения в электролите (бело-зеленые комки это просто влажная вата).

После подготовки электродов в нижнюю часть емкости помещаются кристаллы медного купороса, так чтобы они покрыли медные спирали. Затем в емкости помещаются ватные тампоны, которые ограничат перемешивание растворов медного купороса и поваренной соли. После этого оставшуюся часть емкости следует заполнить насыщенным раствором поваренной соли. Свежеизготовленная батарея дает Э.Д.С. около 3 В, на рисунке 5 показана батарея, которая проработала около суток.


Рис. 5 Э.Д.С. батареи из элементов Калло после частичного разряда.

Нельзя сказать, что на электродах данного элемента совсем не будет пузырьков газа, но все же 2-3 часа работы такой элемент обеспечить может. Собранная в процессе работы гальваническая батарея позволяет длительное время питать светодиод АЛ307Б, разумеется, последовательно со светодиодом для ограничения тока включен резистор сопротивлением 510 Ом.


Рис. 6 Элемента Калло питает маломощный источник света.

Список литературы1. Элементарный учебник физики: учеб.пособие. в 3 т. под ред. Г.С.Ландсберга: т.2 Электричество и магнетизм – М.: Физматлит, 2006 г.
2. П. Юрьев, ХИТ-парад, но отнюдь не музыкальный, «Юный техник» №2 1994 г.
3. П. Юрьев, Встряхни и слушай дальше, «Юный техник» №3 2000 г.


Благодарю всех за внимание и поздравляю с наступившим Новым годом.