skootsone

Понемногу о разном. Набор разных статей или мысли по поводу и без.

2.2 Изготовление солнечной батареи в домашних условиях.

Солнечная батарея на основе Cu - Cu2O . Часть 1.

(Home made solar battery, copper oxide, part 1).

Наш Интернет полон копипастой с импортного сайта, где рассказывается как сделать солнечную батарею на двух медных пластинках. Настало время проверить, работает ли это на практике.
Для начала, находим первоисточник. Он на английском языке, но Гугловский переводчик достаточно неплохо работает. Настоятельно рекомендую прочитать оригинальные версии. Как минимум «всплывут» достаточно важные детали, которые «опущены» в отечественном переводе.
Итак, со страницы на worldwatts.com списаны большинство статей. Фотографии, традиционно, перекочевали без изменений. На веб сайте thesciencecupboard.com находится другая, не менее полезная страница о полупроводниках. Она заканчивается инструкцией об изготовлении модели медно оксидной батареи. Кстати, тут автор честно говорит, что это не батарея, а сенсор.
Хорошо. Если Вы честно перечитали эти две странички, то дальше можно не читать. Но чувствуется, что для практического применения чего то не хватает ... Поэтому неплохо было бы все это проверить и выяснить, что можно ожидать от таких батарей. Этим мы, сейчас, и займемся.

Думаем.

Итак, оба источника сходятся в одном. Для изготовления преобразователя солнечный свет – электричество, на основе пары медь – оксид меди, необходимо взять две медных пластинки, «сварить» одну из них на электроплите и погрузить в раствор поваренной соли. После этого, солнечный свет будет «выбивать» электроны из пластинки покрытой оксидом меди и в цепи потечет ток. Просто!? В «Юном Технике», то же, было просто : )
До того, как удариться в масштабные эксперименты, попробуем сделать несколько предварительных опытов.

Начало.

В нашей , сельской местности, не поверите, фольгированого стеклотекстолита, не нашлось. Первым медным, что попалось под руку, оказался процессорный радиатор. Разобрать его, оказалось совершенно несложно, но чистить медь наждачной бумагой, это удел школьников. Нашатырный спирт делает это, если не скорее, то значительно качественней. Наблюдаем за результатом на следующей фотографии.

Если Вы обратили внимание, то ванночка, в которой находится водный раствор аммиака и медные детали, плавает в тарелке. Тут соображения простые. Увеличение температуры на 10 градусов увеличивает скорость химической реакции в два раза. Поэтому кипяток, который налит в тарелку, нагревает водный раствор аммиака и сильно экономит время. Крышка с ванночки снята только на момент фотографирования.

А теперь, то, о чем мы задумываемся в последний момент. Как бы это не было противно, но время поговорить о технике безопасности. Все химические соединения, в большей или меньшей степени – токсичны. Можно спорить о токсичности поваренной соли или пресной воды. Но это к теоретикам. В нашем случае будут получаться разные химические соединения, порой такие, о которых мы даже не подозреваем. Поэтому работать без резиновых перчаток и прозрачных очков категорически нежелательно. Мой опыт с химией, и неделя в реанимации, подсказывает мне, что работа без очков и перчаток равносильна игре в «Русскую Рулетку», когда встреча с пра-пра-дедушкой может произойти быстро и неожиданно. Лично я, не люблю «испытывать судьбу» и Вам не советую.
На фото, ниже, мой комплект. Даю фотографию для полного «прояснения вопроса».

Оранжевое, на очках, это затычки для ушей. Они защищают Ваши уши в случае, когда эксперимент заканчивается совсем неожиданно. Кроме всего прочего, они защищают от криков домочадцев, звонков мобильных телефонов и предложений жены помыть посуду. Можно только добавить, что дискомфорт от хороших защитных очков проходит через 10 минут.
А вот одноразовых резиновых перчаток нужно много, так как больше двух часов не выдерживают либо перчатки, либо руки. Их нужно снимать, выбрасывать, мыть руки и одевать новые.
О том, что надо работать в хорошо проветриваемом помещении, а лучше на балконе или на улице, Вы задумаетесь сразу после открытия бутылки с нашатырным спиртом или аммонием.
И последнее. В высоко продвинутой науке химии, попадание любых химических соединений на кожу, в глаза и так далее, в 99,9% случаев «лечится» огромным количеством воды. В начале смываем (промываем) водой, а потом думаем как нейтрализовать остатки, звоним в «Швыдку Допомогу», «Скорую Помощь», «911» и так далее. Рассчитывать можно только на воду рядом (в ведре) или на источники, которым Вы постоянно пользуетесь. По опыту, скажу, что с закрытыми глазами тяжело быстро найти умывальник и включить именно холодную воду, даже, в хорошо знакомом помещении.

Но мы отвлеклись. Вернемся к фотографии очистки меди. Этого конечно можно не делать. Это так – для чистоты эксперимента. Кстати, аммиак, это токсичное вещество. Именно поэтому оно не применяется в качестве топлива автомобилей (по идее, это соединение имеет очень хорошее соотношение массы водорода к общей массе аммиака).

Далее, когда медь чистая, ее нужно отжечь до появления пленки оксида меди. На следующем фото очищенная пластина, то как она выглядела до очистки, радиатор, который ею поделился, и окончательно обожженная пластина со слоем оксида меди.
Для очистки совести необходимо прочитать на векипедии все о меди и ее оксидах (CuO, Cu2O), но пока делать ничего не будем. Сделаем все как описано на предыдущих сайтах и попробуем что получится.
Помним только, что оксидами меди можно успешно травить не только крыс ...

Смыв и очистив остатки черного налета, предположительно оксида меди CuO, установим две медные пластинки в первой попавшейся посудине. Получилось не оригинально, но вполне функционально.

Три зажима на черной пластине. Средний – приклеен к емкости и используется как крепление. Два крайних, соединенные желтым проводником – токосъемные. Еще на одном зажиме висит очищенная медная пластинка. Пластины установлены со сдвигом, что бы не мешать прохождению солнечных лучей.

Стенд готов. Самое время налить концентрированный раствор поваренной соли в дождевой воде. Но можно и в обычной, и можно не фильтровать. Главное, что бы жидкость не касалась металла зажимов (сталь, в данном случае). При этом возникнут гальванические пары, которые наверняка подпортят результаты, и без того сомнительного, эксперимента. Подключаем тестер и ...

Конец солнечного дня, в часов 6 вечера, положение Солнца Вы можете прикинуть по длине тени.
Заливаем постепенно. Ток, при покрытии пластин на 1/3, 2/3 и расчетное покрытие жидкостью.

Тут надо сказать, что 0,32 , 0,442 и 0,509 мА, это не совсем ток короткого замыкания. Внутреннее сопротивление тестера в этом режиме – 100 Ом. Поэтому это ток на нагрузке 100 Ом. При переходе на сотни миллиампер, внутреннее сопротивление – 1 Ом.
С током разобрались. Теперь напряжение.

Пока, все выглядит не очень оптимистично. Но осталась последняя часть эксперимента, ради которой все делалось. Проверяем, реагирует ли «это» на свет, и если да, то как.

Отлично. Подведем первые итоги.

Прежде всего, «ЭТО» работает. Предположив, что внутреннее сопротивление этой батареи постоянно, а максимум мощности будет тогда, когда это сопротивление будет равно сопротивлению нагрузки получим, что макс. мощность в «освещенном варианте» 0,017 миллиВатт, а в «темновом» - 0,001 миллиВатт. Конечно это не большая мощность, но главное, что она отличается в 17 раз.
«Темновой» ток говорит о том, что это не совсем «честная» солнечная батарея. Она немного работает как гальванический элемент. И это не удивительно, ведь два разных проводника (или полупроводника) погружены в токопроводящую жидкость. При этом должна возникать разность потенциалов, и она тем больше, чем дальше эти элементы находятся друг от друга в ряду стандартных эл. потенциалов. Но оставим теорию в покое. С практической стороны это означает, что один из электродов будет растворяться, хоть и медленно.

Что мы узнали и что делать дальше.

Теперь мы знаем, что этот преобразователь световой энергии, на основе медь – оксид меди (один), работает. Самое время пройтись по доступным источникам информации, изучить теорию вопроса, проверить свойства и токсичность материалов, и построить более реальную модель.
Попробуем это сделать вместе. Конечно, Вы можете сделать это и самостоятельно. Тогда дальше Вы можете не читать. Но я нашел несколько интересных моментов и хочу ими поделиться.

Итак, переходим на следующую страницу или по усмотрению.

07.08.2011 SKootS