Миллиарды батареек

Вольтов столб, был первым устройством, которое служило источником тока и служило долго. Только в 1882 г., когда Батарейкибыла пущена первая электростанция, первая динамо-машина, был положен конец монополии электрохимических источников тока.

Но в последние годы такие электрохимические источники снова приобрели важное значение. Вспомним прежде всего медно-цинковый элемент Даниеля - Якоби. Петр Романович Багратион (1818-1878), племянник героя Отечественной войны 1812 г. и губернатор города Твери, изобрел весьма удобный в обращении «сухой» гальванический элемент: к электролиту элемента Даниеля - Якоби он добавил для загущения мелкий чистый песок.

Неплох был и платиново-цинковый элемент Уильяма Гроува. Он оказался настолько мощным, что Якоби приспособил его для питания электродвигателя лодки и плавал на ней по Неве, изумляя непосвященных.

Но изобретенный еще в 1865 г. Георгом Лекланше (1839-1882) и сконструированный в виде цилиндрической или плоской батарейки марганцево-цинковый элемент (элемент Лекланше) превзошел все другие электрохимические системы. Последние десятилетия, когда снова повысился интерес к автономным источникам тока, он прочно занимает главенствующее положение. Промышленность выпускает в основном гальванические элементы с цинковыми анодами и катодами из окиси марганца, меди, ртути и серебра, хотя теоретически сочетаний могут быть десятки. Но с элементом Лекланше ничто не может сравниться! В 1977 г., например, из 10 миллиардов сухих батарей, выпущенных во всем мире, элементов Лекланше было 9 миллиардов.

На их изготовление человечество расходует более 12 процентов добываемого цинка. Элемент этот знают все владельцы транзисторных приемников. Его товарное название - элемент-373 («Марс»). Графитовый стержень, обернутый свертком диоксида марганца, помещен в цинковый стаканчик, где находится электролит - раствор хлорида аммония, загущенный до студнеобразного состояния крахмалом. В электролит вводят добавки: для предотвращения высушивания - гигроскопические соли и для лучшего контакта электродов, а также для уничтожения микроорганизмов - хлорид ртути. Электродвижущая сила элемента достигает 1,5 вольта. Он работает в любом положении и не восприимчив к небольшим сотрясениям. В нем протекают довольно сложные электрохимические реакции: ток генерируется благодаря окислению цинка двуокисью марганца.

В гальванических элементах электрическая энергия производится за счет окислительных и восстановительных химических реакций, хотя окисление проходит и без участия кислорода. Окисляющееся вещество отдает электроны на поверхность одного из электродов (отрицательный полюс). Эти электроны проходят по внешней цепи к поверхности другого электрода (положительный полюс) и восстанавливают вещество, находящееся с ним в контакте. Для потребителя в момент включения электрической цепи отрицательным полюсом, то есть поставщиком электронов, является корпус элемента Лекланше, а положительным полюсом - графитовый стержень с латунным колпачком.

Важное значение имеют так называемые дышащие элементы, которые делаются в виде сухих батарей. В них угольный катод окружен не диоксидом марганца, а пористым угольным цилиндром, содержащим адсорбированный кислород, который диффундирует через поры к электроду и оказывает там свое деполяризующее действие. Деполяризаторами называют вещества, которые переводят вещество, образовавшееся на электроде и вызывающее его поляризацию, то есть смещение потенциала, в невосприимчивые к электродному процессу продукты. Если, например, водород обусловливает поляризацию электрода, то можно вызвать деполяризацию, окисляя водород до воды.

Ежегодно в мире производится около миллиарда элементов миниатюрного «пуговичного» типа; применяемых в карманных калькуляторах, часах, слуховых аппаратах:, кинокамерах, радиостанциях, игрушках и д. Основаны они на электрохимических системах типа оксид ртути - цинк, окись серебра--цинк, окись магния - цинк. Постепенно на смену им приходят элементы на основе лития с катодом из окиси марганца или окиси меди. Напряжение таких элементов достигает 3 вольта, а емкость - до 0,6 ватт-часа на кубический сантиметр объема - в 5 раз выше, чем у элемента Лекланше.

Широкое применение находят гальванические элементы в кардиохирургии. Уже в 1975 г. пациентам было имплантировано 130 тысяч электрокардиостимуляторов - приборов для электростимуляции сердца, - с ртутно-окисными системами и системой литий - йод. Гальванические элементы для таких целей должны быть надежными, стабильными и безвредными для организма. Служат они не менее пяти лет.

Если предположить, что четверть населения земного шара, а на Земле живут 6 миллиарда человек, имеет транзисторы и магнитофоны и включает их в среднем хотя бы на час в день, да к этому добавить еще электрические часы, будильники, калькуляторы, детские электрифицированные игрушки, карманные фонарики, то мы представим себе, как велика эта индустрия, ежедневно «перерабатывающая» около 40 тонн цинка в «бытовое» электричество.