Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

Примерно в 1859–1860 годах в лаборатории Александра Беккереля — второго представителя славной династии французских физиков — работал в качестве ассистента некто по имени Гастон Плантэ. Молодой человек решил заняться совершенствованием вторичных элементов, чтобы сделать их надежными источниками тока для телеграфии. Сначала он заменил платиновые электроды «газового элемента» Грове свинцовыми. А после многочисленных опытов и поисков вообще перешел к двум одинаковым свинцовым листам. Он их проложил суконкой и навил этот «сэндвич» на деревянную палочку, чтобы он влезал в круглую стеклянную банку с электролитом. Затем подключил обе пластины к батарее. Через некоторое время «вторичный элемент» зарядился и сам оказался способен давать достаточно ощутимый ток постоянной силы. При этом, если его не разряжали сразу, заряд электричества сохранялся в нем длительное время.

Собственно, это и было рождением аккумулятора — накопителя электрической энергии. Первые аккумуляторы Гастона Плантэ имели очень незначительную электрическую емкость — они запасали совсем немного электричества. Но изобретатель заметил, что если заряженный первоначально прибор разрядить, затем пропустить через него ток в обратном направлении и повторить этот процесс не один раз, то емкость аккумулятора увеличится. При этом возрастал слой окисла на электродах. Этот процесс получил название формовки пластин и занимал сначала ни много ни мало около трех месяцев…

Как и у всех гальванических элементов, ток аккумулятора тем сильнее, чем больше поверхность соприкосновения электрода с раствором электролита. Эту истину хорошо усвоил Камилл Фор. Он был самоучкой — без специального образования, — с юных лет безраздельно увлеченным техникой. Вынужденный зарабатывать деньги на жизнь. Фор сменил множество специальностей. Был рабочим, чертежником, техником, химиком на английском пороховом заводе, работал и у Плантэ. Разносторонние практические знания сослужили ему добрую службу. После Парижской выставки 1878 года в голову Камилла Фора запала идея нового способа формовки пластин. Он попробовал заранее покрывать их свинцовым суриком. При зарядке сурик на одной из пластин превращался в перекись, а на другой соответственно раскалялся. При этом слой окисла приобретал очень пористое строение, а значит, площадь его поверхности значительно увеличивалась. Процесс формовки протекал значительно быстрее. Аккумуляторы Фора при том же весе запасали значительно больше электрической энергии, чем аккумуляторы Плантэ. Другими словами, их энергоемкость была больше. Это обстоятельство особенно привлекало к ним симпатии электротехников. Но главная причина их возросшей популярности заключалась в другом…

В конце столетия во многих странах на улицах и в домах появилось электрическое освещение. Лампы накаливания питались энергией пока еще маломощных машин постоянного тока. Ранним утром и поздним вечером, когда энергии требовалось больше, на помощь машинам приходили аккумуляторы. Это было значительно дешевле, чем устанавливать дополнительные генераторы. Тем более что в спокойные дневные и ночные часы аккумуляторы могли заряжаться, поглощая излишки вырабатываемой машинами энергии.

Дальнейшее совершенствование свинцово-кислотных аккумуляторов шло по пути улучшения их конструкции и изменения технологии изготовления пластин.

Совсем недавно появилось сообщение, что на Западе разработан гигантский свинцово-кислотный аккумулятор весом 2250 тонн. Он займет площадь около 0,2 гектара и будет предназначен для подключения к электросети в часы пиковой нагрузки. Зарядка его будет производиться в ночное время, когда потребление энергии падает. Применение такого супераккумулятора позволит выровнять работу тепловых электростанций, особенно страдающих от неравномерности нагрузки, и даст значительную экономию нефтяного топлива. Проектная мощность аккумулятора — порядка 45 мегаватт.

Вообще же, несмотря на широкое распространение, свинцовый аккумулятор — довольно капризное детище электротехники. Он требует чистого электролита, без каких-либо посторонних примесей. Аккуратные мотоциклисты и автолюбители это хорошо знают и потому доливают «банки» всегда дистиллированной водой. Аккумулятор не терпит перегрузок. Если ток разряда чересчур сильный, пластины его разрушаются. Не любит он и перегрева, переохлаждения, глубокого разряда, перезаряда… Корпуса свинцово-кислотных аккумуляторов, изготовленные из стекла или пластмассы, хрупки… Все эти недостатки еще на заре развития аккумуляторов заставляли изобретателей искать замену свинцу. Попыток было много. Большинство безуспешных. Удача выпала на долю Эдисона. После многих опытов американский изобретатель построил железо-никелевый щелочной аккумулятор. В наши дни он используется не менее широко, чем его старший брат.

В нем отрицательный электрод выполнен из пористого железа или кадмия с большой рабочей поверхностью. Положительный электрод — никелевый, окруженный окисью трехвалентного никеля. В качестве электролита используется 21-процентный раствор едкого кали или едкого натра. Корпус чаще всего изготавливается из стали.

Правда, ЭДС щелочного аккумулятора ниже, чем у свинцового (всего 1,4–1,3 В на банку). Коэффициент полезного действия тоже поменьше (всего около 50 %). Да и стоит щелочной аккумулятор дороже. Но… Он хорошо переносит перегрузки. Нечувствителен к избыточному заряду и сильному разряду. Прочен. Легко переносит перегрев и не нуждается в ремонте. А поскольку из щелочных аккумуляторов не выделяются газы, их можно делать герметически закрытыми. Согласитесь, что преимущества весьма впечатляющие. Немудрено, что в наши дни именно эти приборы, с кнопку величиной, широко применяются в фотоаппаратах и транзисторах.

В последнее время внимание научно-исследовательских коллективов во всех промышленно развитых странах направлено на разработку новых типов аккумуляторов и супераккумуляторов. Главная задача — повысить энергоемкость: увеличить количество запасаемой энергии на единицу веса аккумулятора.