Сегодня найти батарейку или аккумулятор не проблема. Да и полупроводниковая аппаратура достаточно экономична. В 40-х и 50-х радиоприемники и передатчики строились на прожорливых лампах, элементы питания стоили дорого и были весьма дефицитны, так что радиолюбители тех годов выкручивались как могли. В этой статье мы рассмотрим самодельный гальванический элемент из окиси меди, который с успехом использовался в качестве накального.
Характеристики и конструкция
Элемент достаточно простой по конструкции, но, тем не менее, обладает неплохими характеристиками:
- электрическая емкость – 100 А*ч;
- начальное напряжение – 0.6 В;
- конечное напряжение – 0.55 В
- непрерывный разрядный ток – 0.5 А;
- непроизводительный расход материалов, не более – 2%.
Преимуществом гальванического элемента из окиси меди является достаточно большой разрядный ток при почти неизменном рабочем напряжении.
Для создания такого элемента понадобятся следующие материалы:
- окись меди – 200 г;
- металлический цинк – лист площадью 100 см²;
- 30-процентный раствор едкого кали или едкого натра – 1 л.
Если все приготовлено, можно приступать. В стеклянную банку объемом 1.5 л будет устанавливаться открытая коробка из меди объемом 200 мл. Форма и размеры коробки подбираются под размер банки. Коробку лучше склепать (герметичность не нужна). Токоотвод из медной пластины или проволоки тоже лучше приклепать – это будет иметь значение при восстановлении электрода.
Сборка и зарядка
Отвешиваем 200 г окиси меди, слегка смачиваем электролитом и полученную смесь впрессовываем в медную коробку (чашку). Прессование удобно производить железной ложечкой. Затем чашку помещаем на дно банки, наполненной электролитом. Теперь можно установить цинковый электрод, представляющий собой цилиндр с тремя крючками, за которые он подвешивается на горло банки.
Важно! Цинковый электрод очень желательно амальгировать (см. ниже). В противном случае он будет быстро разрушаться под действием щелочного электролита.
Сразу после сборки элемента на поверхность электролита наливаем тонкий слой (до 2 мм) керосина, нефти или любого минерального масла. Это исключит вредное воздействие углекислого газа из атмосферы на щелочь и предотвратит испарение электролита.
Как приготовить едкий натр
Для получения едкого натра необходимо 3 литра 10-процентного раствора пищевой соды прокипятить в эмалированной или чугунной посуде. В процессе кипячения в раствор понемногу добавляют гашеную известь (300 г). В результате получается достаточно чистый едкий натр, а в осадок выпадает мел. Далее раствор отстаивается, сливается с осадка и выпаривается до 1/3 от первоначального объема. Когда электролит остынет, его можно заливать в элемент.
Полезно. Чтобы получить 100 г твердого едкого натра, понадобится 120 г соды и 93 г гашеной извести и 1 100 г воды. Процесс приготовления тот же, что и для электролита, но воду нужно выпарить полностью.
Приготовление окиси меди
Для приготовления 100 г окиси меди понадобятся:
- медный купорос – 200 г;
- сода – 130 г.
В насыщенный раствор медного купороса постепенно вливается насыщенный же раствор соды. Смешивание нужно производить в глубокой посуде и постепенно, поскольку смесь обильно пенится из-за выделяемой углекислоты. Как только реакция закончится, раствор посветлеет, а на дне появится зеленый осадок – углекислая медь. Раствор отстаивается, сливается. Осадок промывается, сушится, рассыпается тонким слоем на металлический лист и прокаливается на углях, в печке или на примусе. В результате порошок почернеет – это окись меди.
Существует и более простой способ получения окиси меди. Он удобен в том случае, если в вашем распоряжении есть твердый едкий натр. Его понадобится 100 г. Медного купороса нужно, как и в первом варианте, – 200 г. К насыщенному раствору медного купороса при постоянном помешивании добавляют едкой щелочи в таком количестве, чтобы раствор стал светлым. При этом на дно емкости выпадает осадок бирюзового цвета – это гидроокись меди.
Затем раствор взбалтывают, убеждаясь, что в осадке нет синих кристаллов купороса. Если жидкость стала голубой, добавляют еще немного щелочи. Затем смесь доводят до кипения. В результате на дно выпадает черный осадок – безводная окись меди. Раствор отстаивают, сливают, осадок промывают, высушивают и используют в элементе.
Третий способ аналогичен предыдущему, но вместо едкой щелочи в раствор медного купороса вливают насыщенный раствор аммиака (около 100 г), так называемый «тройной» нашатырный спирт. При этом выпадает бирюзовый осадок – гидроокись меди. Аммиак вливают до тех пор, пока раствор не начнет приобретать темно-синий цвет. Далее смесь кипятят, сливают и получают окись меди в виде осадка.
Восстановление электрода
Еще одним преимуществом элемента этого типа является возможность восстановления анода, который, как мы помним, выполнен из окиси меди и в процессе работы превращается в металлическую медь. Восстановление анода производится нагреванием медной коробки – бывшую окись меди, а теперь медь, вынимать из нее не нужно. Нагрев можно произвести на слабом огне или даже на достаточно горячей батарее отопления. Поскольку образовавшаяся медь очень пористая, она быстро и равномерно окислится за счет атмосферного кислорода до окиси.
Важно! Перед нагреванием анод нужно аккуратно, но тщательно промыть водой, не вынимая пористую медь из коробки.
После восстановления коробку помещают в банку со свежим электролитом, устанавливают цинковый электрод и гальванический элемент снова готов к работе.
Амальгамирование цинка
Рассмотрим самый простой и доступный в бытовых условиях способ. Для процесса нам понадобятся:
- 10-прцентный раствор серной кислоты – 20-30 см. куб.;
- металлическая ртуть – несколько капель.
В фарфоровую тарелку наливается раствор серной кислоты и добавляется ртуть. На дно посуды помещается электрод. При помощи небольшого кусочка суконной тряпочки захватывается ртуть и втирается в цинк, пока весь электрод не покроется сплошным блестящим слоем. Необходимо иметь в виду, что припой при амальгамировании разрушается, поэтому токопровод нужно приклепать или закрепить винтом с гайкой.
После амальгамирования цинк становится очень хрупким – его нельзя сгибать. Поэтому нужная форма придается электроду до амальгамирования.
Вот такими «батарейками» радиолюбители питали свою ламповую аппаратуру. В следующей части мы соберем более совершенный и надежный элемент из окиси меди, способный отдавать ток до 2 А при той же электрической емкости.
