ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам для получения электродвижущей силы с использованием возобновляемых источников энергии, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду.
Известен электрохимический источник электродвижущей силы /Патент РФ №2144245 Н01М 6/04, Н01М 6/14, 2000 г./ содержащий корпус, положительный электрод и систему отрицательный электрод - электролит - активный компонент положительного электрода в виде оксигалоидного аниона, в качестве составных частей указанной системы используют литий, литийсодержащий сплав или интеркалат лития - неводный электролит - оксигалоидный анион, содержащий хлор в степени окисления +5, или бром в степени окисления +5 или +7, или йод в степени окисления +5 или +7, или их смесь.
Для изготовления таких источников используют дорогостоящие вещества такие как: свинец, никель, серебро, цинк, кадмий, ртуть. Со временем они становятся непригодными для дальнейшей работы. Кроме того, известные электрохимические источники слабо поддаются миниатюризации и содержат вредные вещества.
Известен источник электродвижущей силы (аккумуляторная батарея) для получения слабого электрического тока, включающий электродную подложку, активирующую или ионизирующую воду /Патент РФ №2303840, Н01М 10/04,2007 г./. содержащая положительную электродную подложку (1), которая является способной активизировать или ионизировать воду в электролите и которая является электрическим проводником с низким потенциалом: отрицательную электродную подложку (2), которая является электрическим проводником с высоким потенциалом; пленку (3), которая является пористой и расположена между положительной электродной подложкой (1) Известное решение обеспечивает принципиальную возможность получения источника тока.
Недостатком известного решения является сложность конструктивного воспроизведения устройства и низкие параметры получаемого тока.
Наиболее близким по технической сущности является источник электродвижущей силы на основе системы контактов наноструктурированных проводящих поверхностей с тонким водным слоем /Патент РФ №2339152 H02N 11/00, H01M 14/00, В82В 1/00, 2008 г/. Источник содержит по крайней мере, две проводящие пластины, расположенные с возможностью подключения к внешней нагрузке и изготовленные из инертного по отношению к воде материала, между пластинами размещен слой воды толщиной от долей миллиметра до нанометра с образованием, по крайней мере, одной изолированной гидроэлектрической ячейки, при этом поверхности пластин, контактирующие со слоем воды, наноструктурированы.
Известное устройство обеспечивает получение электрической энергии за счет того, что слой воды с двух противоположных сторон окружен пластинами проводящего материала, а поверхности проводящих пластин, контактирующие со слоем воды, имеют наноразмерные структурные неоднородности в виде выступов или впадин.
Недостатком известного устройства являются сложность конструктивного воспроизведения и малый срок действия.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, позволяющего упростить конструкцию, увеличить срок действия и повышение выходных параметров источника электродвижущей силы на основе возобновляемых природных материалов, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве между пластинами из проводящего материала, в контакте с ними, размещают активную среду в виде мелкодисперсной увлажненной слюды.
В заявляемом техническом решении общим признакам по сравнению с прототипом является принцип структуризации воды. Новым является то, что структуризация происходит в электрически активной системе, которой является слюда.
Нами установлено следующее.
Физические свойства электрически активных двухфазных систем, в которых твердая фаза представлена поверхностно-активными мелкоразмерными частицами слюды, а жидкая - полярной водной пленкой, имеют ряд особенностей.
На межфазных границах твердой и жидкой фаз возникает кулоновское взаимодействие зарядов, находящихся на электрически активной поверхности частиц слюды, с полярными молекулами и ионами водной пленки. Это взаимодействие приводит к возникновению в системе электрических сил и, как следствие к генерации внутренней энергии.
Экспериментально зарегистрирована аккумуляция токов в двухфазных дисперсных системах при отсутствии внешнего напряжения, являющаяся подтверждением их электрической активности, формирования в них устойчивого собственного электрического поля.
Водная компонента состоит из полярных молекул с ионными связями. Внутреннее поле, выступая в роли катализатора процессов диссоциации полярной жидкости, способствует увеличению в ней концентрации свободных зарядов. Смещение свободных заряженных частиц в жидкой полярной компоненте под действием устойчивого внутреннего поля в новые энергетически более выгодные места закрепления обеспечивает как миграцию ионов к электрически активной поверхности твердой фазы, так и их накопление в объеме электрически активной системы. Так как устойчивое внутреннее поле также взаимодействует с полярными молекулами системы, вызывая их поляризацию, то эта дисперсная система рассматривается, как заполяризованный диэлектрик.
Главная особенность электрически активной системы состоит в том, что ее поляризация происходит под действием только внутреннего собственного поля, способного как формировать поляризацию электрических структурных диполей системы, так и интенсивно накапливать в ней свободные электрические заряды жидкой и твердой компоненты, что свидетельствует о проявлении электретных свойств в таких системах.
Для достижения наиболее интенсивного взаимодействия поверхностных зарядов частиц слюды с ионами и полярными молекулами водной пленки мы использовали метод ударной механоактивации. Этот метод позволяет увеличить поверхностную активность слюдяных частиц за счет их измельчения.
Слюда - алюмосиликат щелочных и щелочноземельных металлов. Основными компонентами, входящими в ее состав, являются кремний, кислород, алюминий, магний, калий, водород. Кроме основных, в состав слюд в очень малых количествах входят еще более 30 химических элементов.
При механоактивации слюд преимущественно рвутся связи Al-O, Si-O, K-O. В связи с этим, на поверхности мелкоразмерных частиц обнажаются ионы калия, магния, кислорода и, частично, алюминия и кремния. Так как энергия валентных связей K-O мала, то катионы калия и магния с наполовину скомпенсированным зарядом слабо удерживаются поверхностью слюдяной частицы и их плоскость спайности будет выполнена анионами кремнекислородных тетраэдров. На торцевых участках поверхности частиц присутствуют ионы алюминия, кислорода и, частично, кремния. Все эти заряды создают электрическую активность поверхности ультратонких частиц.
Суммарный заряд дисперсной системы, как и нейтрального кристалла слюды, равен нулю. Вместе с тем, после механической обработки, система становится неравновесной и заряженные дефекты приобретают способность эффективно адсорбировать полярные молекулы из окружающей среды. Хороший контакт электрически активной поверхности твердой фазы и полярной водной пленки приводит к возникновению на межфазных границах эффективного взаимодействия этих разнородных компонентов, что способствует появлению электрического поля. При наличии многочисленных границ раздела в таких сложных дисперсных системах, суммарный эффект межфазных взаимодействий становится особенно сильным и является определяющим для процесса генерации собственного электрического поля.
Таким образом, увлажненная мелкодисперсная слюда обеспечивает проявление гидроэлектрического эффекта. Кроме того, структурные особенности этого вещества в состоянии механоактивации обеспечивают долговременную задержку водной пленки, что существенно продлевает срок действия источника ЭДС.
Предлагаемое решение поясняется схемой, представленной на Фиг.1.
Измерительная ячейка 1 содержит стакан 2, в который между двумя проводящими электродами из нержавеющей стали 3, 4 помещена активная среда 5 в виде мелкодисперсной увлажненной слюды. Винт 6 сжимает массу до объема толщиной порядка 1 мм и менее. Измерение величины ЭДС осуществляется с зажимов 7, 8 с помощью электрометрического вольтметра (V7-9) - 9, внутреннее сопротивление которого значительно больше внутреннего сопротивления измеряемой среды.
В таблице 1 в качестве примера приведены параметры, характеризующие предлагаемый источник электродвижущей силы:
Таблица 1
Параметры предлагаемого технического решения
Величина ЭДС, мВ (10<sup>-3</sup> В)
Величина тока, мкА (10<sup>-6</sup> А)
Длительность существования тока, час
3350
0,30
не менее 72 час
Для сравнения в таблице 2 представлены аналогичные данные для прототипа.
Таблица 2
Параметры прототипа
Величина ЭДС мВ (10<sup>-3</sup> В)
Величина тока, нА (10<sup>-9</sup> А)
Длительность существования тока, сек
30
120
5400
Технический эффект - упрощение конструкции, повышение выходных параметров и увеличение срока действия источника электродвижущей силы на основе возобновляемых природных материалов, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду. Кроме того, в процессе работы не происходит расхода материала работающего устройства в связи с отсутствием протекания химических реакций.