Введение к работе
Актуальность темы. Для электроснабжения отдаленных децентрализованных сельскохозяйственных объектов и фермерских хозяйств широко используются стационарные электросети и переносные электростанции, однако их строительство требует больших капитальных вложений и часто оказывается крайне трудным, а иногда практически невозможным.
Применение нетрадиционных источников энергии, таких как ветер и солнце также сопряжено с рядом трудностей, заключающихся в высокой стоимости строительства и эксплуатации. Ветровая энергия сильно рассеяна в пространстве, ветер часто меняет свое направление. При использовании солнечной энергии возникает множество трудностей с размещением, строительством и эксплуатацией гелиоустановок из-за низкой интенсивности солнечного излучения. Солнечные батареи имеют низкий коэффициент полезного действия и высокую стоимость.
В настоящее время для объектов с низким уровнем энергопотребления созданы химические источники тока (ХИТ) различных конструкций и типов. Большинство ХИТ не могут быть многократно использованы, имеют тенденцию к потери емкости во время хранения. К основному недостатку ХИТ относится высокая стоимость используемых материалов, в основном цветных металлов, таких как свинец, марганец, литий, кадмий, серебро, магний и др.
Поэтому электроснабжение автономных децентрализованных сельскохозяйственных объектов и фермерских хозяйств путем повышения эффективности работы гальванических элементов многократного использования из доступных и достаточно дешевых электроактивных материалов с длительным сроком работы и хранения является весьма актуальной задачей, имеющей научный и практический интерес.
Целью работы является повышение эффективности работы химических источников тока за счет активизации электрохимических процессов.
Объект исследования — процесс работы химических источников тока с развитой поверхностью с использованием электроактивированной воды и постоянного магнитного поля.
Предмет исследования - закономерности влияния постоянного магнитного поля, развития активной поверхности электродов и электроактивированного электролита на выходные параметры химических источников тока.
Методы исследования - в работе использованы теоретические основы электролиза, теория ионо- и массопереноса в магнитном поле, методы математической статистики обработки данных, методы проведения экспериментальных исследований опытных образцов с использованием современных средств измерений.
Научная новизна исследования состоит в том, что повышение эффективности химического источника тока достигнуто за счет увеличения плотности тока, путем использования магнитной индукции, пористого слоя на электродах и активированного водного электролита, реализация которой позволило:
- установить зависимости плотности тока водоактивируемых гальванических элементов от величины магнитной индукции, плошади поверхности эпеКг\У
тродов и от величины электропроводности электроактивированного электролита;
определить конструктивные параметры водоактивируемого гальванического элемента с развитой поверхностью электродов, использованием активированного водного раствора и постоянного магнитного поля;
обосновать технологию получения активированного водного раствора с различной степенью активации при использовании .электроактиватора с плавающим анодом.
Практическая значимость состоит в разработке конструкции водоактивируемого гальванического элемента, которая позволяет:
увеличить время работы водоактивируемой батареи при сохранении силы тока на уровне 170 мА до 18 часов или на 40 %;
повысить плотность тока относительно массы на 30 %, относительно объема на 35 %;
- безопасно проводить утилизацию водоактивируемого гальванического
элемента, так как водный электролит имеет концентрацию солей до 40 г/л;
- получить экономический эффект в сумме 120 тыс. руб.
На защит)' выносятся:
обоснование конструкции водоактивируемого гальванического элемента с использованием анолита, постоянного магнитного поля и развитой поверхности электродов, защищенная патентами РФ на изобретение №2344517, и на полезную модель №68187;
зависимости плотности тока водоактивируемых гальванических элементов от магнитной индукции и площади поверхности электродов, позволившие получить улучшенные параметры химического источника тока;
зависимость плотности тока водоактивирумого гальванического элемента от характеристик электролита, позволившая обосновать технологию получения водного раствора электролита и разработать электроактиватор с плавающим анодом (патент РФ №2307047);
- обоснована технология использования водоактивируемой гальваниче
ской батареи для электрооптических преобразователей, используемых в рыбо
водческих хозяйствах.
Реализация результатов работы. Водоакпшируемая гальваническая батарея внедрена в КФХ «Семиляковых», Ставропольского края Труновского района на рыбопромысловом водоеме.
Аппробацня работы. Основные результаты исследований доложены на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО СтГАУ в 2005 - 2007 годах, ФГОУ ВПО АЧГАА в 2007 и 2009 годах, ФГОУ ВПО КубГАУ в 2009 году.
Опытный образец водоактивируемого гальванического элемента был представлен на Международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (Ш-ТЕСН 2008), г. Санкт-Петербург, в номинации «Лучший инновационный проект в области производственных технологий» и удостоен диплома I степени с вручением золотой медали. Также был представлен на VIII Московском международном салоне инноваций и инвестиций г. Москва и удостоен диплома за разработку первичного гальванического элемента.
Публикации результатов работы. По результатам проведённых исследований опубликовано 10 научных статьей в сборниках научных трудов ФГОУ ВПО СтГАУ, ФГОУ ВПО Северо-Кавказского государственного технического университета, ФГОУ ВПО Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии, в том числе опубликовано 2 работы в журналах согласно перечню ВАК России: в журналах «Электрификация и механизация сельского хозяйства» и «Сельский механизатор», получено 3 патента: №2307047 «Электроактиватор воды»; №2344517 «Первичный гальванический элемент»; №68187 «Первичный гальванический элемент».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложений, списка использованной литературы, включающего 122 наименований. Работа изложена на 149 страницах, включая 52 рисунка, 42 таблицы, приложения на 9 страницах включают таблицы, акт внедрения, патенты.
