Гальванические элементы своими руками

Этот элемент способен давать большой разрядный ток при неизменном рабочем напряжении.

Отрицательным электродом элемента является цинк, положительным — медь, электролитом — раствор едкой щелочи (калия или натрия) и деполяризатором — окись меди.

Фиг. 6. Элемент с окисью меди.

На фиг. 6 представлены две конструкции этого элемента. Первая из них (слева на фиг. 6) более простая, но вместе с тем и менее совершенная в силу того, что цинковый электрод по мере растворения в процессе разряда постепенно укорачивается. В результате этого расстояние между обоими электродами увеличивается и, следовательно, повышается внутреннее сопротивление элемента. Поэтому у такого элемента, проработавшего примерно половину положенного ему срока, начинает заметно падать сила разрядного тока.

Другой недостаток у элемента этой конструкции заключается в том, что трудно избежать засорения поверхности окиси меди различными примесями, а также частицами цинка, которые создают местное короткое замыкание.

При всех этих недостатках элемент данной конструкции является вполне работоспособным и пригодным для практических целей, а непроизводительный расход материалов обычно не превышает 1—2%.

Элемент, рассчитанный на отдачу емкости 100 Ач до момента падения рабочего напряжения до 0,55 в, должен содержать окиси меди 200 г, 30-процентного раствора едкого кали 1 л (точно 1 035 см³) и цинка 150 г. Для него нужна стеклянная банка объемом около 1,5 л. На дне сосуда устанавливается открытая медная коробка, рассчитанная на вмещение 200 г окиси меди. Размеры ее — диаметр и высота — подбираются соответственно внутренним размерам банки. Как дно у коробки, так и токоотвод лучше приклепать, а не припаивать. Это будет иметь значение при восстановлении электрода, о чем сказано ниже.

Зарядка элемента производится следующим образом. Отвесив 200 г окиси меди, смачивают ее слегка электролитом, затем впрессовывают эту окись в медную чашку и последнюю опускают в элемент, наполненный электролитом. Прессование окиси меди производится вручную медной или железной ложечкой. Через час все случайно всплывшие частицы окиси меди осядут на дно банки. Только после этого можно помещать в сосуд цинковый электрод, который подвешивается за края банки при помощи трех крючков, изготовленных из медной проволоки. Цинковый электрод должен быть достаточно хорошо амальгамирован (см. приложение II в конце книжки), иначе под воздействием едкой щелочи он довольно быстро разрушится. После сборки элемента на поверхность электролита необходимо тотчас же налить нефти, керосина или какого-либо минерального масла слоем до 2 мм. Это делается с целью защиты раствора едкой щелочи от вредного' воздействия углекислоты окружающего воздуха.

Описанный элемент при беспрерывном разряде может давать ток около 0,5 А, а при прерывном разряде — до 0,7 А.

Вторая конструкция элемента с окисью меди более сложна, но и более совершенна. Элемент этой конструкции при одинаковой расчетной емкости может давать более сильный ток благодаря большой активной поверхности электродов и близкому расположению их друг к другу. Кроме того, элемент этой конструкции надежно защищен от случайных коротких замыканий.

Некоторые трудности представляет изготовление положительных пластин для такого элемента, поскольку к ним предъявляются два следующих основных требования: пластины не должны быть хрупкими и вместе с тем должны обладать достаточной пористостью.

В домашних условиях легко удается изготовить механически прочные пластины, но они обычно недостаточно пористы. Однако после двух-трех разрядно-восстановительных циклов самодельный элемент приобретает способность давать примерно такой же разрядный ток, как и фабричные элементы такого типа.

Пластину из окиси меди, рассчитанную на емкость 100 Ач, изготовляют следующим образом. Берется стекло (от старого негатива) размерами 9 X 12 см и по нему, как по шаблону, вырезаются такого же размера два куска медной сетки (площадь отверстий сетки должна быть от 4 до 6 мм²), сплетенной из проволоки диаметром 0,15—0,20 мм. Затем из проволоки диаметром 1 мм выгибается фигура, изображенная на фиг. 6 вверху слева. Витки этой фигуры должны быть расположены по возможности строго в одной плоскости. Дальше надо поступать следующем образом: один кусок сетки положить на стекло, точно подогнав их края; на эту сетку надо намазать ровным слоем толщиной в 3 мм смесь, составленную из 16 частей окиси меди, 1 части хлористого магния и 1 части магнезии, затертых с небольшим количеством воды в виде густого теста. Далее на эту смесь кладется выгнутая из проволоки фигура и затем снова намазывается такой же слой смеси, поверх которого накладывается второй кусок сетки, а на него—второе стекло. Затем легкими постукиваниями и нажатиями в соответствующих местах слой смеси выравнивается до толщины в 6 мм. После этого на верхнее сгекло кладется небольшой груз в 300—500 г, выравниваются края изготовленной пластины и она оставляется в таком положении на 2—3 суток (в зависимости от температуры и влажности воздуха) для просушки. После того как пластина просохнет, выступающие концы проволоки следует изогнуть, как показано на фиг. 6 справа, с тем, чтобы иметь возможность закрепить электрод к крышке элемента при помощи обыкновенных зажимов. На такую пластину нужно 200 г окиси меди. Оба стекла полезно предварительно с действующей стороны покрыть тонким слоем вазелина. В остальном конструкция элемента особых пояснений не требует.

Две цинковые пластины размерами 9 Х 13см (фиг. 6), конечно, амальгамируются и прикрепляются к крышке элемента каждая на расстоянии 10 мм от положительного электрода.

Токоотводы к пластинам надо припаять, а еще лучше — приклепать до амальгамации их. Электроды помещаются в соответствующий по величине стеклянный сосуд и должны быть подвешены достаточно высоко (фиг. 6). Элемент заливается раствором едкого кали плотностью 22—24°. Поверх электролита обязательно наливается слой керосина, нефти или минерального масла через вырез в крышке элемента (органические масла употреблять нельзя). Такие материалы, как окись меди и едкий кали не всегда встречаются в розничной продаже. Поэтому вместо едкого кали можно рекомендовать едкий натр. Рабочие качества элемента от этого не ухудшатся. В продаже часто встречается так называемая каустическая сода. Это и есть едкий натр, правда химически не совсем чистый, но содержащиеся в нем примеси не имеют существенного значения для работы описываемого элемента. Перед растворением каустической соды надо счистить с поверхности ее кусков сероватый рыхлый налет (обыкновенная сода).

В крайнем случае едкие натрий или калий можно и самому приготовить.

Для приготовления едкого натра берут 10-процентный раствор соды и кипятят его в чугунном или эмалированном котле, прибавляя во время кипячения понемногу извести (негашеной или свежегашеной). В результате этого получается едкий натр и мел.

После прибавления отвешенного количества извести раствору дают отстояться, а затем осторожно сливают его с осадка и выпаривают до тех пор, пока не останется 1/3 от общего количества жидкости. Выпаривание производится в чугунной, или эмалированной посуде. Когда жидкость остынет, ее можно наливать в элемент (осадок—мел с примесью едкой щелочи— служит великолепным средством для чистки разного рода металлических предметов).

Для изготовления 100 г твердого едкого натра требуется соды обыкновенный 120 г, извести негашеной 70 г (свеже-гашеной 93 г) и воды 1 100 г (все числа взяты с некоторым округлением). О приготовлении едкого кали читатель найдет подробную статью автора в № 9 журнала «Радио» за 1948 г.

Окись меди можно приготовить тремя способами.

 

Одним из них является следующий.

К насыщенному раствору медного купороса прибавляется насыщенный же раствор соды. Смешение этих растворов надо производить в глубокой посуде, доливая соду небольшими порциями, так как смесь обильно выделяет углекислоту и при этом она сильно пучится (в случае двууглекислой соды). По окончании реакции, признаком чего служит полное посветление раствора медного купороса, выпадает зеленый осадок (углекислая медь). Последний промывается, высушивается и затем высыпанный на какую-нибудь железную или медную пластину, противень и т. п. накаливается на горячих углях в печке или на примусе. При этом зеленый порошок почернеет во всей своей массе (образование окиси меди).

Сущность второго способа заключается в следующем.

К насыщенному раствору медного купороса добавляется столько раствора едкой щелочи, чтобы раствор купороса стал совсем светлым. При этом образуется осадок гидроокиси меди бирюзового цвета. Смесь надо взболтать, дать ей отстояться и затем проверить по цвету отстоя, что в ней не имеется свободного медного купороса. Если отстой будет несколько синеватым, следует прибавить еще некоторую порцию щелочи. После этого смесь надо подогреть до кипения. При подогревании выделяется безводная окись меди черного цвета. Ее надо промыть, высушить, а затем уже употреблять в элементе.

Третий способ аналогичен предыдущему. Разница заключается лишь в том, что в данном случае при постоянном помешивании в насыщенный раствор купороса вливается нашатырный спирт. При этом выделяется бирюзового цвета осадок. Спирт добавляют только до тех пор, пока жидкость не начнет окрашиваться в темносиний цвет. После этого поступают, как в предыдущем случае.

Для получения 100 г окиси меди надо израсходовать (в круглых числах) во всех трех случаях медного купороса 200 г и кроме того

по первому способу соды    ........     130    г

по второму способу едкого  натрия ........ 100    г

или едкого калия............. 140    г

но третьему способу насыщенного раствора аммиака (так называемого „тройного" нашатырного спирта)................ 100    г

Следует сказать, что в последнем случае количество нашатырного спирта можно определить только опытным путем (по ходу реакции), так как степень насыщения воды аммиаком (крепость нашатырного спирта) обычно различна.

В заключение укажем на довольно важную в экономическом отношении особенность элемента с окисью меди, — это возможность восстановления его положительного электрода кислородом воздуха при нагревании. Если окись меди уже израсходовалась, превратившись в металлическую медь, то электрод надо промыть в теплой воде, высушить, а затем нагреть на слабом огне керосинки, на тлеющих углях или даже на горячей батарее парового отопления. Выделившийся металл находится в чрезвычайно пористом состоянии, вследствие чего он крайне легко переходит при нагревании в окись меди. Если элемент сделан по варианту конструкции № 1, то весь его электрод надо накаливать целиком, не трогая совсем находящейся в нем пористой меди, так как такой способ обработки обеспечивает в дальнейшем хороший контакт окиси меди с металлом электрода.

Рабочее напряжение описанного элемента с окисью меди равно около 0,6—0,8 в и оно остается постоянным даже при разрядных токах значительной силы.

Ухода за элементами не требуется никакого, так как защитный слой нефти или масла предохраняет электролит от разложения и от испарения.

При работе и уходе за этими элементами надо всегда иметь под рукой уксус, которым надо немедленно смачивать те места на теле или одежде, на которые случайно попадут брызги щелочи.

Смотрите также:  медноокисный элемент питания