Научно-Технический·LAB-66·Лабораторный журнал беларуского химика
20K subscribers
627 photos
121 videos
47 files
1.7K links
Блог химика-энциклопедиста (Сергей Бесараб | Siarhei Besarab)

Знания-наш щит! Радбезопасность· химия· токсикология· гражданская наука· DIY· Технический междисциплинар

Спонсорам→ is.gd/1bOTPg
Об авторе →bit.ly/3lcUm0I
Задать вопрос → bit.ly/40Lnyfx
Download Telegram
​​В субботу на хабре была опубликована статья (Ирпень. Хроники апокалипсиса) в которой украинский инженер рассказал о своем опыте выживания в этом, известном уже всему миру, городе. Так как это хабр, то основная красная нить - отсутствие электричества неделями, в перерывах между обстрелами и риском гибели от осколков. К сожалению, в воскресенье статья уже была скрыта автором в черновики.

Еще 23 февраля 2022 года, когда я опубликовал свою статью Собираем «Тревожный чемоданчик» многие писали что “не до зарядки устройств когда ЧС”. А уже 24 февраля брали свои слова обратно. Мобильные устройства и телеграм-каналы стали единственным оперативным источником информации. Повербанок оставалось на три дня…

Позволю себе процитировать выжившего в Ирпене IT-шника:

<...> главное знание по энергетике, которое я вынес из этой ситуации, – это необходимость иметь в хозяйстве хоть какой-то источник полностью халявной энергии. Генератор хорош пока есть к нему топливо, а любые его запасы конечны. <...> нужно разделять аварийные системы кратковременного и долговременного действия. Автономка на условные сутки большой аварии энергосети, и автономка на месяцы катаклизма – это очень разные системы <...>

Я считаю, что тема эта крайне важна и недостаточно освещена в канале. Пусть теперь для этого будет отдельный хэш-тег #LAB-66@Energy. Первую заметку я решил написать про термогенераторы, благо они вполне могут считаться "старейшими из автономов". Читаем обзор по ссылке 👇

📜 Автономное электропитание. Часть 1. Термогенераторы

Вывод следующий. На термогенераторы в случае того, что имело место в Ирепене (Николаеве/Харькове/Балаклее ... ... ...) надеется не стоит. В противоположность "технологическому рывку" который произошел в области термоэлектричества во времена ВОВ, сегодня рынок бытовых термогенераторов абсолютно не развит. Самыми серьезными "агрегатами" и сегодня выглядят семидесятилетние "партизанские" насадки на керосиновую лампу вроде ТГК-3 или "выварка-генератор" ГТУ-12–12. Но найти их даже на барахолках (за огромные деньги) - это счастье, да и вес в килограммы и килограммы. Западный изобретатель вообще выдает какие-то пародии. Что “стаканчик на 2Вт” FlameStower, что “рассеиватель под котел” PowerPot V на 5Вт, или “барбекю” BioLite CampStove с li-ion на борту (!). Все это на поверку оказывается какими-то “поделками школьников из кружка”, да еще и за сотни долларов. А японская кастрюля Hatsuden-Nabe (от компании TES NewEnergy Corp.) с мощностью до 2Вт, вообще является почти полной копией “партизанского чугунка” ТГ-1, но выжимает (?) из себя всего 400мА. 

При всех преимуществах термогенераторов (работа в любое время суток, отсутствие движущихся частей и надежность) недостатки (большой вес, низкий КПД, вероятность прогорания электронной составляющей при превышении температур, важность наличия топлива/охлаждения) пока с лихвой перекрывают достоинства. Так что продолждаем поиски оптимальной автономки дальше...

p.s. и да, электронщик без паяльника - это душераздирающее зрелище. Если у вас еще нет газового паяльника с пьезоподжигом - пусть заметка заставит про него задуматься.
​​Немного термоэлектрического волшебства

Три-два-один. Всех с летним солнцестоянием 2022. Кульминация лета, самое время загадать солнечное желание.

Я же в качестве послесловия к предыдущей заметке решил напомнить про одно старое исследование. Решил напомнить из эстетических соображений, ибо оно связано с астрономией, изящно экологично и имеет отношение к термоэлектричеству.

Как когда-то установил великий Планк, любое физическое тело спонтанно и непрерывно испускает электромагнитное излучение. Поверхность Земли не исключение. Она поглощает коротковолновое излучение (УФ+видимый) от Солнца и переизлучает в области длинноволнового ИК. С этим тесно связано такое явление, как "радиационное охлаждение Земли". Наша планета охлаждается, испуская в космос инфракрасное излучение (в январе я эту тему разбирал в статье Элегия свету. Инфракрасному свету). Через сухой чистый воздух лучше всего проникают ИК-лучи с длиной 8-13 мкм, т.е. максимальное количество энергии уходит в космос из районов с сухим жарким климатом, где меньше всего водяных паров в воздухе.

С этим интересным явлением, "звездным общением Земли", сталкивался практически каждый, потому что именно оно, в тихие ясные ночи, является причиной заморозков (т.н. "радиационные заморозки"). Эту же особенность на протяжении столетий эксплуатируют иранцы, со своими яхчалами, конусообразными строениями, в которых лед замерзает при температуре ночного воздуха около десяти градусов тепла.

Возвращаемся к нашим термогенераторам. В 2019 году ученые из Стенфорда решили поэксплуатировать излучение Земли с целью энергодобычи. В результате даже была опубликована статья с жизнеутверждающим названием Генерирование света из тьмы.

Что же сделали разработчики. Фактически, необычный "садовый фонарик". В корпус из пенопласта, покрытый майларом и прозрачной для ИК крышкой из ПЭНД поместили алюминиевый диск диаметром 200 мм, покрашенный в черный цвет и излучающий в космос длинноволновое инфракрасное излучение. Снизу к диску "холодной" стороной был прикреплен Пельтье-элемент TG12-4 (7,96W) от Marlow Industries. К "горячей" стороне термоэлемента был прикреплен через термопасту брусок алюминия, а к бруску прикреплен еще один алюминиевый диск диаметром 200 мм с несколькими радиаторами. Эти радиаторы нагревались от поверхности земли за счет конвекции.

За 30$ исследователи получили устройство мощностью порядка 25 мВт/м² (предположительно в жарком и сухом климате мощность может быть увеличена до 0.5 Вт/м²). А это уже не только "зажечь светодиод", но и зарядить аккумулятор в каких-нибудь автономных датчиках. Пусть сами по себе термоэлементы интереса и не представляют, но как дополнение к другим источникам питания - вариант интересный. Особенно для местностей с частыми заморозками ;)

#LAB-66@Energy
​​Таткiна спадчына

В наследство от отца достался мне достаточно необычный фонарь. Необычен он тем, что сделан на базе перезаправляемого щелочного аккумулятора. Хотя в детстве я был уверен что аккумулятор там кислотный, и с напряжением 6В как в чехословацкой JAVA :) Но жизнь показала, что я ошибался.

Вспомнил я про этот накопитель энергии, когда подыскивал себе недорогой резервный источник походного питания (это примерно 2010-е годы, Li-ion тогда еще не радовали ни ценой, ни емкостью, какой-нибудь брендовый элемент стоил 10-15 биткоинов). Маленьких свинцовых аккумуляторов в доступности тоже было не найти. А здесь бесплатно достаточно легкий аккумулятор (~ 1 кг), который, по словам отца, мог своими 3,6В освещать гараж неделями. Внутри, кстати, установлена "лампа рудничная P-3,75-1+05" с двумя нитями накала дальний/ближний свет. Про интересный фонарь не грешно и в 2022 упомянуть.

Фонарь имел говорящее название 3ШНК-10-О5, был выпущен в 1985 году, стоил 16 рублей. В наименовании цифра 3 означает трехбаночный, Ш-шахтный, НК-никель-кадмиевый, номинальной емкостью 10Ач. Аккумулятор фонаря состоит из трех последовательно соединенных ячеек, электроды которых изолированы друг от друга хлориновой тканью. Исходной активной массой положительного электрода является гидроксид никеля Ni(ОН)₂, а отрицательного — гидроксид кадмия Cd(ОН)₂. В элемента работает реакция: 2NiO(OH) + Cd + 2H₂O 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

В качестве электролита может выступать либо раствор натриевой щелочи NaOH c плотностью 1,15-1,17 г/см³ (если есть возможность, то очень хорошо туда добавить 10 г/л гидроксида лития), либо раствор калиевой щелочи KOH с плотностью 1,17-1,19 г/см³ (добавлять уже 20 г/л гидроксида лития). Отдельное интересное свойство аккумулятора фонаря - способность работать при минусовых температурах (до -20 °C). Достаточно всего лишь заменить стандартный "летний" электролит, на "зимний" (это обычный раствор КОН плотностью 1,25-1,27 г/см³ без всяких добавок).

Чаще всего многим владельцам такие фонари достаются от отцов и дедов в полуживом состоянии. Но интересно, что большинство аккумуляторов вполне можно восстановить и вывести на номинальную емкость (10Аh).

Алгоритм восстановления следующий. Сначала из корпуса сливается старый электролит. Затем нагретой до 50-60 °C дистиллированной водой промываются ячейки. Вода заливается в аккумулятор в горизонтальном положении, выдерживается так 2-3 часа, сливается. Заливается новая порция. Повторяем так 4-6 раз. Затем заправляем электролит (с плотностями указанными выше, это ~20% растворы щелочей, на крайний случай - средства "Крот"). Даем пропитаться электродам час-полтора, сливаем. Заливаем свежую порцию электролита. Повторяем 2-3 раза. Затем ставим заряжаться - постоянным напряжением 5,0–5,15 В в течение 12 ч или же постоянным током 1,5 А в течение 12 ч, смотря у кого какое ЗУ. Сигнал окончания зарядки — закипание электролита. Затем разряжаем аккумулятор. Повторяем цикл заряд-разряд 2-3 раза. Сливаем старый электролит и заливаем новый. Повторяем еще 2-3 раза. Profit!

Зачем это все нужно? А затем, что на беларуских барахолках эти неубиваемые фонари можно найти без проблем и сейчас по цене порядка 2-5-15$. Для сравнения 1 шт. моих Li-ion фаворитов Pansonic NCR18650GA на 3,45Ah стоит порядка 17$ (и ток выдает сравнимый с старичком-шахтером). Так что если вам срочно нужен временный накопитель, то советский Ni-Cd вполне может в его роли поработать. И найти не сложно, в отличие от тех же NCR18650GA

p.s. Привет всем подземным труженикам, благодаря которым вторичный рынок до предела насыщен шахтерскими фонарями-коногонками :)

#LAB-66@Energy
​​ХИТ-овая энергия

Как старый обожатель фонарей могу сказать точно, где один фонарь - там сразу и два фонаря. Их не может быть много :) Поэтому в очередной заметке серии #LAB-66@Energy поведаю вам про еще одно необычное устройство/тип химических источников тока. Любые ХИТ-ы конечно нельзя отнести к возобновляемой энергетике, но меж тем некоторые варианты в качестве автономного резерва выглядят перспективными.

Металло-воздушные электрохимические источники тока (МВИТ). Большинству этот набор слов ничего не скажет. При этом показатели удельной емкости таких источников выше, чем у вездесущих литий-ионных батарей. На мой субъективный взгляд, именно металл-воздушные батареи в будущем заменят литиевые ячейки в электромобилях. Но пока же технология до блеска еще не доведена.

МВИТ - это электрохимический элемент, в котором гальваническая пара образуется между металлическим анодом и пассивным катодом. Анод - это активный металл (алюминий, магний, цинк или их сплавы с активирующими добавками). В процессе работы металл анода постепенно растворяется превращаясь в гидрооксид. Катодом часто служит пористая проводящая структура, например, из блоков спрессованного углерода. Катод должен одновременно хорошо доставлять кислород воздуха вглубь электролита и быть пропитан электролитом. В качестве электролита выступает вода или раствор соли. Самые простые батареи - магниевые и алюминиевые (аноды - пластины из этих металлов). В далеком 1960 году компания GeneralElectric выпустила такой элемент питания на магниевых пластинах и электролите из соленой воды. Напряжение порядка 3В, плотность энергии около 7 кВтч/кг. На пост-ссср пространстве МВИТ выпускали (в т.ч. и конверсионно) разные организации - НПО “Квант”, “Верхнеуфалейский завод Уралэлемент”и проч. В наших краях этот тип элемента имел ограниченное хождение (а кое-где имеет и сейчас) в виде т.н. фонаря "СВЭЛ", он показан на картинке.  

Отдельный элемент состоял из газопроницаемых воздушных электродов, расположенными в боковых стенках коробчатой камеры "кармана", и металлического анода, вставляемого в "карман". На боковых гранях или в корпусе батареи имеются отверстия для доступа воздуха к катодам. Перед началом работы в батарею заливается электролит - 350 мл воды, в которых растворены 5 чайных ложек соли. Одна заправка давала возможность освещать все вокруг порядка 8-10 часов, после 100 часов работы требовалась замена магниевых (или магний-алюминиевых) анодов. Сами фонари некоторые туристы покупали, но вот с анодами была беда :). В свете нашего треда интересно то, что фонарь внутри имел преобразователь мощностью порядка 5-8 Вт, который выдавал 12В. Я такой девайс видел только раз и его владелец не особо лестно о нем отзывался (вес немалый, огромная бесполезная голова фонаря, необходимость в тщательной промывке бака и сушке анодов для выключения фонаря, нестабильное напряжение, зависящее от качества соли ну и т.п.). Покупать руки сами явно не потянутся, но как источник "на черный день" - вполне, смартфоны одной семьи зарядить сможет (рации - уже не факт).

На фото: тот самый фонарь "СВЭЛ" с металло-воздушным электрохимическим источником тока