Ионикс. Поедем на... конденсаторе!

Электромобилем сегодня никого не удивишь. Но то, что показали нам в лаборатории Московского автодорожного института, не укладывалось в воображении. Представьте тележку на колесиках с детские санки, внизу ее разместилась маленькая коробочка с мыльницу, а сверху допотопный осциллограф килограммов на 70. Щелкнул тумблер, и ... тележка плавно покатила. То, что она движется на электрической тяге, понятно. Но где же аккумулятор!

Автомобиль на конденсаторе, подготовленный для зарубежной выставки.

Довольный произведенным эффектом, В.П. Хортов пояснил:

- А в этой коробочке!

Как?! Мы привыкли, что основную массу в такого рода транспортных средствах (до 40%) занимают аккумуляторы. А тут - коробочка!

- Только! это не обычный аккумулятор, - говорит Хортов.- А конденсатор. К тому же на несколько порядков более емкий чем можно встретить в продаже.

Так что же, проблема электромобиля разрешена?

- Не торопитесь, - охладил нас Хортов.- Мы как раз ею и занимаемся. А тележка - всего лишь демонстрационная модель.

... Мысль о замене аккумулятора на электромобилях конденсатором пришла к Хортову несколько лет назад. Логика ее вполне ясна. Конденсатор способен мгновенно заряжаться электричеством и тем самым дает сто очков вперед другим накопителям электроэнергии. Вот только обычный электролитический, о котором знают и наши читатели, для таких целей не годится. Уж очень мала его ёмкость.

Перебрав все мыслимое и немыслимое, Хортов нашел-таки накопитель, вполне пригодный для своих замыслов - ионикс. Этот дальний родственник конденсаторов работает на электрохимическом принципе. Специалисты еще называют его молекулярным концентратом энергии. Его дальнейшее совершенствование и позволило приступить к опытам.

Для наглядности прибегнем к образному примеру. Если бы в конденсаторе всю накопленную электрическую энергию превратить в механическую работу, например, заставить конденсатор "подпрыгнуть", то обычный электролитический одолел бы всего 10 см, в то время как хортовский подпрыгнул на 600 м! Заметная разница?

И все равно конденсатор остается в 5-10 раз менее емким, чем аккумулятор. Казалось бы, тупик? Но Хортов предлагает рассуждать дальше. Проанализировать детальней все достоинства и недостатки аккумуляторов. Об их массе мы уже сказали. Кроме того, аккумулятор очень медленно заряжается и разряжается, при этом любит стабильность нагрузки. А в том сумасшедшем темпе, что присущ автомобилю - то прибавлять скорость, то гасить ее, он теряет свое преимущество в энергоемкости почти в два раза. Все это да еще капризность к механическим нагрузкам, морозу делает аккумуляторный автомобиль бесперспективным.

А если конденсатор? Что ж, что емкость его маловата. Можно предусмотреть постоянную подзарядку на дороге - времени для этого потребуется секунды. А можно прямо под полотном проложить индукционные катушки и подкачивать конденсатор по ходу автомобиля. Нам показали в лаборатории один из таких экспериментов. Тележка ездила по помещению, изредка останавливаясь, чтобы подпитаться от... стены. Никаких розеток, никаких проводов. Индукционные токи от катушки, спрятанной в стене, в полной безопасности насыщали тележку через штангу энергией. Тронь даже рукой — не ударит. Ну, разве не перспективно?

Есть еще и другой путь, разрабатываемый аккумуляторщиками, но так и не приведший их к победе, - гибридный двигатель. На автомобиле устанавливается небольшой бензиновый движок на 5-10 кВт.

Работает он в постоянном режиме, а значит, можно добиться, что отработанные газы будут практически безвредными. Движок подпитывает конденсатор электроэнергией, которая поступает потом прямо на колеса, их движут электромоторы, исчезают многоступенчатые механические передачи, а значит, возрастает КПД. По прикидкам, такому гибридному двигателю потребуется 1 литр бензина на 100 километров пути. Кто не пожелает ездить на таком "экономе"!

В технике порой, как и в сказке, легко рассказывается, да нелегко делается. Конечно, предстоит еще решить немало технических трудностей, распутать многие конструктивные неувязки, прежде чем на дорогах появятся электромобили нового типа. Но ведь успехи уже есть. Так пожелаем же делу счастливого завершения.

Если, прочитав статью "Поедем на... конденсаторе!", вы заинтересовались проблемой создания новых электрических машин, давайте продолжим разговор. Переведем его в практическое русло - вместе поэкспериментируем.

Начнем пучше с простой модели - лодочки. Купить ее можно в магазине. А электромоторчик взять от старой игрушки и укрепить с помощью скобы на корме. Впрочем, дело то для большинства из вас знакомое. Главное же - создать новый источник энергии для моторчика. Вспомним ионикc Хортова. В магазине его на приобретешь, так что приступим к делу.

Работает ионикc на электрохимическом принципе. Значит, его конструкции есть и электроды, и электролит. Для электродов нам подойдут два кружочка из меди, латуни или нержавейки. Еще понадобится угольный порошок. Купите в хозяйственном магазине сменные угольные таблетки для водоочистителя "Родничок" и растолките их мелко-мелко. Электролит приготовим из обыкновенной воды, растворив в ней на 100 граммов 25 граммов поваренной соли. Смешайте раствор с угольным порошком до консистенции замазки и нанесите слоем в несколько миллиметров сначала на один электрод, потом на другой.

Теперь очередь за прокладкой, которая должна разделить электроды так, чтобы электролит свободно проходил сквозь ее поры, а угольный порошок нет. Из наиболее распространенных материалов для такой цели подойдет обыкновенная промокашка, но можно поискать и что-нибудь попрочнее, например, кусочек поролона или стеклоткани.

Начинка нашего ионикса готова. Остается найти ему подходящий кожух. Это может быть пластмассовая коробочка от косметического набора. Но не забудьте просверлить а ней дырочки и пропустить сквозь них проводки, припаянные к электродам.

Закрываем коробочку. Подсоединяем проводки к электрической батарейке (необходимо напряжение не более 0,7 В; его нетрудно получить при помощи одного гальванического элементе и переменного сопротивления 0...20 Ом) и смотрим, произошла ли зарядка, при этом на резных электродах должна образоваться концентрация разноименных ионов.

Отсюда и название: ионикс. Конечно, лучше всего проверить заряд на приборе, например, вольтметре. Заранее ясно, что одного элемента будет для нас недостаточно. Сколько? Это, как вы понимаете, зависит от величины тока и напряжения, которые требуются электромоторчику. Если гирлянда из элементов, соединенных последовательно, будет получаться очень большая, попробуйте поэкспериментировать, меняя толщину угольно-электролитной обмазки, ее консистенцию, а также диаметры электродов. Можно попробовать и другие вещества, но, прежде чем сделать это, обязательно посоветуйтесь с учителем химии. Без знаний такие эксперименты опасны!

Что же, если ионикс готов, можно приступать к запуску модели. Заметьте, как долго она проработает, каково время подзарядки. Конечно, до экспериментов Хортова нам еще далеко, но мы ужа на верном пути. Немаловажно, думаем, и то, что мы нашли замену элементам питания, которые так трудно достать нынче в магазинах.

В иониксе используется емкость двойного электрического слоя. Что это такое! Под действием тока на поверхности проводника, погруженного в электролит, возникают два слоя ионов противоположного знака, располагающиеся на расстоянии равном одному - двум атомам.

Электрические силы притягивают ионы друг к другу, а молекулярные - не позволяют сблизиться. Похоже на конденсатор.

Чем меньше расстояние между обкладками конденсатора, тем больше его емкость. В двойном электрическом слое расстояния, как, сказано, очень малы, поэтому и емкость его велика.

Если мерить конденсаторы на вес, то можно сказать, что один кг молекул двойного электрического слоя способен накопить я 100 раз больше энергии, чем 1 кг бензина!