RU172569U1

RU172569U1 - SOURCE OF ELECTRIC MOVING POWER

Info

Publication number: RU172569U1
Application number: RU2016152760U
Authority: RU
Inventors: Наталья Тимофеевна Максимова; Леонид Иннокентьевич Ружников; Анна Андреевна Иноземцева
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2017-07-13

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для получения электродвижущей силы с использованием источников энергии, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду.Технический эффект - упрощение конструкции, повышение выходных параметров и увеличение срока действия источника электродвижущей силы на основе материалов, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду. Кроме того, в процессе работы не происходит расхода материала работающего устройства в связи с отсутствием протекания химических реакций.Устройство содержит два проводящих электрода и размещенную между ними в контакте активную среду в виде увлажненного мелкодисперсного облученного ионизирующим излучением монокристаллического фторида лития.The proposed utility model relates to devices for producing an electromotive force using energy sources that do not have an adverse effect on the environment. The technical effect is to simplify the design, increase output parameters and increase the life of an electromotive force source based on materials that do not have an environmental impact. . In addition, during operation, there is no consumption of the material of the working device due to the absence of chemical reactions. The device contains two conductive electrodes and an active medium placed between them in the form of moistened finely dispersed single-crystal lithium fluoride irradiated with ionizing radiation.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для получения электродвижущей силы с использованием источников энергии, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду.The proposed utility model relates to devices for producing electromotive force using energy sources that do not have a harmful effect on the environment.

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.A known electrochemical source of electromotive force / RF Patent No. 214245 H01M 6/04, H01M 6/14, 2000 /, comprising a housing, a positive electrode and a negative electrode system - electrolyte - the active component of the positive electrode in the form of an oxyhaloid anion, as components the indicated system uses lithium, a lithium-containing alloy or lithium intercalate - a non-aqueous electrolyte - an oxyhaloid anion containing chlorine in the oxidation state +5, or bromine in the oxidation state +5 or +7, or iodine in the oxidation state +5 or +7, or a mixture thereof .

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.For the manufacture of such sources use expensive substances such as lead, nickel, silver, zinc, cadmium, mercury. Over time, they become unsuitable for further work. In addition, well-known electrochemical sources are weakly miniaturized and contain harmful substances.

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.A known source of electromotive force (battery) to obtain a weak electric current, including an electrode substrate that activates or ionizes water / RF Patent No. 2303840, НМ 10/04, 2007 /, containing a positive electrode substrate (1), which is able to activate or ionize water in an electrolyte and which is a low potential electrical conductor: a negative electrode substrate (2), which is a high potential electrical conductor; a film (3), which is porous and is located between the positive electrode substrate (1). The known solution provides the fundamental possibility of obtaining a current source.

Недостатком известного решения является сложность конструктивного воспроизведения устройства и низкие параметры получаемого тока.A disadvantage of the known solution is the complexity of the constructive reproduction of the device and the low parameters of the received current.

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.A source of electromotive force is known / Patent on PM No. 100853 Н01М 14/00, 2010 / comprising two conductive electrodes and an active medium placed between them in contact, characterized in that moistened finely dispersed mica is used as the active medium.

Недостатком устройства является длительность существования тока.The disadvantage of this device is the duration of the current.

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.The closest in technical essence is the source of electromotive force based on the contact system of nanostructured conductive surfaces with a thin water layer / RF Patent No. 2339152 H02N 11/00, H01M 14/00, B82V 1/00, 2008 /. The source contains at least two conductive plates located with the ability to connect to an external load and made of a material inert with respect to water, between the plates there is a layer of water with a thickness of fractions of a millimeter to a nanometer with the formation of at least one isolated hydroelectric cell, with the surface plates in contact with a layer of water are nanostructured.

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.The known device provides the production of electrical energy due to the fact that the water layer on two opposite sides is surrounded by plates of a conductive material, and the surfaces of the conductive plates in contact with the water layer have nanoscale structural inhomogeneities in the form of protrusions or depressions.

Недостатком известного устройства являются сложность конструктивного воспроизведения и малый срок действия.A disadvantage of the known device is the complexity of the constructive reproduction and short duration.

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.The objective of the proposed technical solution is to create a device that allows to simplify the design, increase the validity and increase the output parameters of the source of electromotive force based on materials that do not have a harmful effect on the environment.

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.The problem is solved in that in the known device, including two conductive electrodes and an active medium placed between them in contact, moistened finely dispersed single-crystal lithium fluoride irradiated with ionizing radiation is used.

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.In the claimed technical solution, the common feature in comparison with the prototype is the principle of water structuring. What is new is that structurization takes place in an electrically active system, which is single-crystal lithium fluoride moistened with finely divided irradiated by ionizing radiation.

Нами установлено следующее.We have established the following.

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.In two-phase systems in which the solid phase is represented by small-sized single crystal particles having high surface activity, and the liquid one by a polar aqueous film, there are a number of features. In particular, between the charges located on the electrically active surface of the single crystal particles and the polar molecules and ions of the water film, a Coulomb interaction occurs. This interaction leads to the formation of electric forces in the system and, as a result, to the generation of internal energy. In two-phase disperse systems, accumulation of currents is experimentally recorded in the absence of external voltage. This fact is a confirmation of electrical activity and the formation of a stable electric field.

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.The aqueous component of a two-phase system consists of polar molecules with ionic bonds. The internal field activates the processes of dissociation of the polar liquid and thereby contributes to an increase in the concentration of free charges. The accumulation of charge in the volume of a two-phase system is facilitated by the displacement of free charged particles in the liquid component under the action of an internal field to new energetically more favorable positions, as well as migration to the electrically active surface of the solid phase. An important point is that the processes proceed under the influence of an internal field capable of both forming the polarization of the electrical structural dipoles of the system and accumulating free electric charges of the liquid and solid components in it, which indicates the manifestation of electret properties in such systems. To achieve the most intense interaction of the surface charges of the single crystal particles with the ions and polar molecules of the aqueous film, we used mechanical dispersion, which allowed us to increase the surface activity of the single crystal particles by grinding them.

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.A lithium fluoride crystal is a chemical compound of lithium and fluorine with the formula LiF. Under normal conditions, it is a colorless crystal, non-hygroscopic, insoluble in water. The crystals are obtained by drawing salt from the melt in air. Single crystals of lithium fluoride are widely used in optics, laser physics, dosimetry, in optical and medical devices. They are crystals with the simplest cubic lattice.

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.Mechanical dispersion leads to the appearance of elastic stresses in the crystal. The anisotropy of the crystal lattice, the peculiarities of electronic and ionic properties, the nature and energy of chemical bonds in the structure significantly affect the processes that occur after mechanical action. The grinding of particles of a substance is accompanied by the destruction of macrocrystals and macrocrystallites. Failure is preceded by the processes of accumulation, interaction and concentration of defects, the formation of cracks and their propagation through the crystal. Thus, mechanical grinding of the crystal leads to the appearance of excess surface energy.

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 10²¹-10²² см^-3. Типы и концентрация устойчивых радиационных дефектов определяются как условиями облучения, так и свойствами самого кристалла.During radiation treatment - irradiation of a crystal with ionizing radiation, defects in the crystal structure are formed. In this case, the energy transferred to the crystal leads to the breaking of interatomic bonds and the displacement of atoms with the formation of radiation defects such as Frenkel pairs — a vacancy and an interstitial atom. As ionizing radiation can be gamma rays, x-rays. The concentration of the components of the Frenkel pairs can reach 10 ²¹ -10 ²² cm ^-3 . The types and concentration of stable radiation defects are determined by both the irradiation conditions and the properties of the crystal itself.

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.In lithium fluoride single crystals, the most massive radiation defects are F-type color centers. The presence of such defects is observed by a characteristic color change of the radiation-treated crystal. The F center consists of an electron localized in the Coulomb field of the anionic vacancy. Crystals containing F centers have high conductivity. Color centers created in lithium fluoride crystals are optically and thermally stable over a wide temperature range. Mechanical action on the crystal does not lead to their destruction. At the same time, mechanical dispersion of crystals irradiated with ionizing radiation leads to a substantial increase in the excess surface energy of single crystal particles, to an increase in the electrical activity of the system, and to an increase in the internal energy generated by a two-phase dispersed system.

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.The total charge of the disperse system, as well as the neutral crystal, is zero. However, after machining, the system becomes nonequilibrium and charged defects acquire the ability to effectively adsorb polar molecules from the environment. Good contact of the electrically active surface of the solid phase and the polar aqueous film leads to the appearance of effective interaction of these heterogeneous components at the interphase boundaries, which contributes to the appearance of an electric field. In the presence of multiple interfaces in such a dispersed system, the total effect of interphase interactions leads to the generation of an intrinsic electric field.

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.Thus, the moistened dispersed material provides a manifestation of the hydroelectric effect. In addition, the structural features of the dispersed crystal irradiated with ionizing radiation provide a long-term delay in the aqueous film, which significantly extends the life of the emf source based on it.

Предлагаемое решение поясняется схемой, представленной на Фиг. 1.The proposed solution is illustrated by the circuit shown in FIG. one.

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.The measuring cell 1 contains a glass 2 of aluminum, in which the active medium 3 is placed in the form of a finely dispersed radiation-treated single crystal of lithium fluoride. Beaker 2 is one of the electrodes. The second electrode is a rod 4 of circular cross section made of aluminum, located in the center of the glass and insulated from the walls of the glass by a plate 5 of non-conductive material, which simultaneously serves as a lid that seals the glass. The measurement of the EMF value is carried out from terminals 6, 7 using an electrometric voltmeter (V7-9) - 8, the internal resistance of which is much greater than the internal resistance of the medium being measured.

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.We conducted a study of dispersed moistened material based on a single crystal of lithium fluoride, not exposed to ionizing radiation. Comparative results are shown in FIG. 2. Curve 9 is the claimed solution, curve 10 is a comparison example. The data obtained show that at the initial stage (of the order of 30 days) both samples show comparable results in terms of EMF. However, as can be seen in FIG. 2, the sample exposed to ionizing radiation significantly exceeds the first in the duration of the current.

В таблице 1 в качестве примера приведены параметры, характеризующие предлагаемый источник электродвижущей силы:Table 1 as an example shows the parameters characterizing the proposed source of electromotive force:

Для сравнения в таблице 2 представлены аналогичные данные для прототипа.For comparison, table 2 presents similar data for the prototype.

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.The technical effect is to simplify the design, increase the output parameters and increase the duration of the source of electromotive force based on a material that does not have a harmful effect on the environment. In addition, during operation, there is no consumption of material of the working device due to the absence of chemical reactions.

Claims

A source of electromotive force, including two conductive electrodes and an active medium placed between them in contact, characterized in that moistened, finely dispersed single-crystal lithium fluoride irradiated with ionizing radiation is used.