19-03-2012

Батарея из лимона

 

Под лимоном в последнее время понимают вовсе не цитрусовый плод, а аппетитную пачку денег – на покупку аккумулятора ее точно хватит. Однако же и обыкновенный лимон способен вырабатывать ток – даром что кислота в нем не серная, а  лимонная?

Рецепт известен: две пластинки из разных металлов, например из меди и цинка, воткнуть в беззащитный фрукт. Почему обязательно из разных? Для протекания тока нужна асимметрия: одинаковые электроды поведут себя одинаково, толку от их соседства будет мало. А вот цинк и медь растворяются в кислоте с разной скоростью, и соответствующие электроды приобретают различные электрические потенциалы. У меди он ниже, к ней и двинутся электроны. Если соединить пластинки между собой, то вольтметр, подключенный в такую цепь, покажет наличие напряжения. Забавный факт: за направление электрического тока в электротехнике условно принимают не движение толпы электронов, а прямо противоположное ему. Таким образом, в нашем эксперименте медный электрод получает знак «+», а цинковый – знак «–».

Четырех лимонов хватит для пробуждения к жизни индикаторного светодиода. А сколько их потребуется, чтобы крутануть стартер? Давайте прикинем. Испытанный нами цитрус выдал примерно 0,8 В – значит, для напряжения в 12 В понадобится 15 лимонов, включенных один за другим. И всё бы хорошо, но ток, рождаемый одним, даже самым «сильным» лимончиком, составляет от силы 1 мА! Чтобы выжать хотя бы сотню ампер, нужно увеличить число плодов в сто тысяч раз – получается полтора миллиона лимонов. Неудивительно, что под капотами вместо ящиков с цитрусовыми обосновались свинцовые аккумуляторы.
Электроды свинцового аккумулятора тоже разные: отрицательный сделан из порошкообразного свинца, а положительный – из пасты его двуокиси. Они погружены уже не в мякоть лимона, а в раствор серной кислоты – электролит. По мере разряда оба электрода постепенно становятся одинаковыми, превращаясь в так называемый сульфат свинца PbSO4, потребляя серу из электролита, чья плотность уменьшается. С течением времени он всё ближе к дистиллированной воде. Когда оба электрода станут одинаковыми, никакого тока из аккумулятора уже не выжмешь (как и из лимона с двумя одинаковыми пластинками внутри).
Чтобы зарядить аккумулятор, к нему подключают внешний источник электроэнергии. Происходит обратный процесс: сера возвращается в электролит, а оба электрода постепенно восстанавливаются до первоначального состава. Но лимон так не подзарядить.


Конечно, все описанное – сильно упрощенная модель современной батареи. Для придания ей вибростойкости, долговечности, снижения саморазряда в свинцовый сплав вводят небольшие количества сурьмы, кальция, ряд других присадок. Очень важна чистота электролита: даже ничтожные примеси меди и особенно железа резко ускоряют саморазряд, поэтому воду из-под крана доливать никак нельзя.


Так называемые кальциевые аккумуляторы – по сути, те же свинцовые, но с небольшой добавкой упомянутого металла. Их преимущества: очень низкий саморазряд (это позволяет хранить на складах уже залитые и готовые к работе батареи) и меньшая склонность к выкипанию электролита при зарядке (аккумулятор становится практически необслуживаемым).

На морозе химические процессы замирают, поэтому батарея не только хуже отдает ток, но и отказывается принимать заряд. Отсюда и неожиданные отказы крутить стартер: если поездки кратковременны, электролит не успевает прогреться – заряд не восстанавливается. При этом генератор работает исправно, но красная лампочка отсутствия зарядки не загорается. Еще одна зимняя особенность. Помните, мы говорили о падении плотности электролита и превращении активной массы электродов в сульфат свинца? И то и другое увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора – при большой нагрузке изрядная часть вольтов останется в батарее, а не пойдет на стартер.


Что еще стоит знать о стартерных батареях? Во-первых, никогда не допускайте глубокого разряда. Это приведет к необратимой сульфатации пластин – при заряде большая их часть так и не восстановится до исходного состояния, что равноценно потере емкости. Такая батарея вроде бы заряжается, выдает 12,6 В, но накапливает при этом так мало энергии, что ее может не хватить даже на однократный пуск.


А слабо поставить на машину мощную батарею – от танка? Если она, конечно, влезет. Эффект будет скромным: при коротких зимних поездках такой аккумулятор все равно мало-помалу разрядится, разве что позже штатного. В заряженном состоянии он, конечно, сможет дольше крутить стартер. Но это нужно лишь тем, у кого машина неисправна: то ли свечи заливает, то ли искры нет… Обладателям же мощной «музыки» лучше озаботиться подбором генератора, соответствующего энергопотреблению: в нормальном режиме именно он обеспечивает всех потребителей, а вовсе не батарея!
Лимоны же оставим для чаепития.

Источник: За рулем