ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для получения электродвижущей силы с использованием 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./, содержащий 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.
Известен источник электродвижущей силы /Патент на ПМ №100853 Н01М 14/00, 2010 г./ включающий два проводящих электрода и размещенную между ними в контакте активную среду, отличающийся тем, что в качестве активной среды использована увлажненная мелкодисперсная слюда.
Недостатком устройства является длительность существования 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 материалов, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, включающем два проводящих электрода и размещенную между ними в контакте активную среду, в качестве активной среды использован увлажненный мелкодисперсный облученный ионизирующим излучением монокристаллический фторид лития.
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 увлажненный мелкодисперсный облученный ионизирующим излучением монокристаллический фторид лития.
Нами установлено следующее.
В двухфазных системах, в которых твердая фаза представлена мелкоразмерными частицами монокристалла, имеющими высокую поверхностную активность, а жидкая - полярной водной пленкой, имеется ряд особенностей. В частности, между зарядами, находящимися на электрически активной поверхности частиц монокристалла и полярными молекулами и ионами водной пленки, возникает кулоновское взаимодействие. Это взаимодействие приводит к формированию в системе электрических сил и, как следствие, к генерации внутренней энергии. В двухфазных дисперсных системах экспериментально зарегистрирована аккумуляция токов при отсутствии внешнего напряжения. Этот факт является подтверждением электрической активности и формирования стабильного электрического поля.
Водная компонента двухфазной системы состоит из полярных молекул с ионными связями. Внутреннее поле активизирует процессы диссоциации полярной жидкости и тем самым способствует увеличению концентрации свободных зарядов. Накоплению заряда в объеме двухфазной системы способствует смещение свободных заряженных частиц в жидкой компоненте под действием внутреннего поля в новые энергетически более выгодные позиции, а также миграция к электрически активной поверхности твердой фазы. Важным моментом является то, что процессы протекают под действием внутреннего поля, способного как формировать поляризацию электрических структурных диполей системы, так и 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 монокристалла с ионами и полярными молекулами водной пленки мы использовали механическое диспергирование, что позволило увеличить поверхностную активность частиц монокристалла за счет их измельчения.
Кристалл фторида лития - химическое соединение лития и фтора с формулой LiF. При нормальных условиях это бесцветный кристалл, негигроскопичный, нерастворимый в воде. Кристаллы получают путем вытягивания из расплава соли на воздухе. Монокристаллы фторида лития широко применяются в оптике, лазерной физике, дозиметрии, в оптических и медицинских приборах. Они являются кристаллами с простейшей кубической решеткой.
Механическое диспергирование приводит к появлению в кристалле упругих напряжений. Анизотропия кристаллической решетки, особенности электронных и ионных свойств, природа и энергия химических связей в структуре существенным образом влияют на процессы, протекающие после механического воздействия. Измельчение частиц вещества сопровождается разрушением макрокристаллов и макрокристаллитов. Разрушению предшествуют процессы накопления, взаимодействия и концентрирования дефектов, образование трещин и их распространение по кристаллу. Таким образом, механическое измельчение кристалла приводит к появлению избыточной поверхностной энергии.
21
22
-3
При радиационной обработке - облучении кристалла ионизирующим излучением формируются дефекты кристаллической структуры. При этом энергия, переданная кристаллу, приводит к разрыву межатомных связей и смещению атомов с образованием радиационных дефектов типа пар Френкеля - вакансия и междоузельный атом. В качестве ионизирующего излучения могут выступать гамма-кванты, рентгеновские кванты. Концентрация компонентов пар Френкеля может достигать 10-10 см. Типы и концентрация устойчивых радиационных дефектов определяются как условиями облучения, так и свойствами самого кристалла.
В монокристаллах фторида лития наиболее массовыми радиационными дефектами являются центры окраски F-типа. Наличие таких дефектов наблюдается по характерному изменению цвета радиационно-обработанного кристалла. F-центр состоит из электрона, локализованного в кулоновском поле анионной вакансии. Кристаллы, содержащие F-центры, обладают повышенной проводимостью. Центры окраски, создаваемые в кристаллах фторида лития, оптически и термически устойчивы в широком диапазоне температур. Механическое воздействие на кристалл не приводит к их разрушению. В то же время механическое диспергирование облученных ионизирующим излучением кристаллов приводит к существенному повышению избыточной поверхностной энергии частиц монокристалла, к повышению электрической активности системы и к увеличению внутренней энергии, генерируемой двухфазной дисперсной системой.
Суммарный заряд дисперсной системы, как и нейтрального кристалла, 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 множественных границ раздела в такой дисперсной системе суммарный эффект межфазных взаимодействий приводит к генерации собственного электрического поля.
Таким образом, увлажненный диспергированный материал обеспечивает проявление гидроэлектрического эффекта. Кроме того, структурные особенности облученного ионизирующим излучением диспергированного кристалла обеспечивают долговременную задержку водной пленки, что существенно продлевает срок действия источника ЭДС на его основе.
Предлагаемое решение поясняется схемой, представленной на Фиг. 1.
Измерительная ячейка 1 содержит стакан 2 из алюминия, в который помещена активная среда 3 в виде мелкодисперсного радиационно-обработанного монокристалла фторида лития. Стакан 2 является одним из электродов. Вторым электродом является стержень 4 круглого сечения из алюминия, расположенный по центру стакана и изолированный от стенок стакана пластиной 5 из непроводящего материала, выполняющей одновременно роль крышки, герметизирующей стакан. Измерение величины ЭДС осуществляется с зажимов 6, 7 с помощью электрометрического вольтметра (V7-9) - 8, внутреннее сопротивление которого значительно больше внутреннего сопротивления измеряемой среды.
Нами проведено исследование диспергированного увлажненного материала на основе монокристалла фторида лития, не подвергнутого воздействию ионизирующего излучения. Сравнительные результаты приведены на Фиг. 2. Кривая 9 - заявляемое решение, кривая 10 - образец сравнения. Полученные данные показывают, что на начальной стадии (порядка 30 дней) оба образца показывают сравнимые по величине ЭДС результаты. Однако, как видно на фиг. 2, образец, подвергнутый воздействию ионизирующего излучения, значительно превосходит первый по длительности существования тока.
В таблице 1 в качестве примера приведены параметры, характеризующие предлагаемый источник электродвижущей силы:
Для сравнения в таблице 2 представлены аналогичные данные для прототипа.
Технический эффект - упрощение конструкции, повышение выходных параметров и увеличение срока действия источника электродвижущей силы на основе материала, не оказывающего вредного влияния на окружающую среду. Кроме того, в процессе работы не происходит расхода материала работающего устройства в связи с отсутствием протекания химических реакций.