С момента своего первого появления ещё в XIX веке электролиз прошёл большой путь, предоставив новые возможности — от осуществления покрытия металлами до даже добычи этих металлов методом электролиза расплава (известный метод производства алюминия промышленным способом).
Однако, как мы знаем, электролиз зачастую ассоциируется и ещё с одним процессом — разложения растворов на газообразные компоненты, в частности воды, — на кислород и водород…
Не так давно мы рассматривали одну из любопытных альтернатив классическому электролизу — плазменный электролиз, который, при определённых условиях (электролиз спиртово‑водной ванны), позволяет получать большее количество газообразного водорода, чем при классическом электролизе, например, солёной воды.
Учёные постоянно исследуют новые потенциальные возможности по осуществлению электролиза и находят иной раз просто поразительные варианты!
Например, как вам понравится электролиз без подвода внешнего электричества, с прямым использованием механической энергии для разложения воды?!
«Электролиз без* электричества»… Хмм, а разве такое бывает? Как выясняется, вполне себе!
*Хотя мы здесь немного утрируем — оно там всё‑таки присутствует, но обо всём этом ещё будет ниже!;‑)
Ниже рассматривается высоковольтное электричество и опасные газы — которые могут опасны при обращении с ними. Автор статьи ни к чему не призывает и ничего не гарантирует, а вся информация статьи даётся исключительно в познавательных целях.
…Энергия присутствует всюду вокруг нас — по сути, можно сказать, что мы живём в океане энергии, где она меняет свои формы, перетекая из одной в другую.
И одним из наиболее распространённых потенциальных источников энергии является механическое движение: по большому счёту, можно сказать, что всё вокруг (и внутри) нас так или иначе движется — солнце, планеты, облака, приливы и отливы, движение ветра… Множество видов различного движения окружает нас, да и на микроуровне тоже наблюдается движение — тепловое броуновское и компонентов атома…
Таким образом, в ходе даже поверхностного взгляда на окружающую среду становится понятно, что нахождение способов эффективной утилизации механического движения видится достаточно перспективной задачей, так как позволяет потенциально извлекать энергию из очень многих процессов!
Среди способов такой утилизации одним из наиболее явных является задействование пьезоэффекта, так как по сути своей именно он позволяет напрямую и самым простым способом переводить механическое воздействие в одну из форм энергии — электрическую.
Тем не менее, несмотря на то, что пьезоэффект был открыт ещё в XIX веке и нашёл множество применений, среди этого списка мы не видим главного — использования пьезоэффекта в качестве собственно источника основного электропитания для широкого круга устройств.
Причина такого положения вещей заключается в низкой плотности энергии, что позволяет генерировать с его применением большие напряжения, однако с достаточно малым током, которого явно недостаточно для питания большинства устройств…
Также, ввиду того, что в качестве физического объекта, демонстрирующего пьезоэффект, обычно используются пьезокристаллы разного рода, они, по сути своей, обладают достаточно малой прочностью и весьма ограниченным количеством циклов срабатывания до разрушения.*
*Скажем, в своё время мне приходилось читать любопытную статью, где предлагалось использовать пьезоэлементы (обычные, от самых дешёвых пьезозажигалок) в качестве простейшей альтернативы для создания высоковольтной системы зажигания для двигателей внутреннего сгорания: специальный кулачок на вращающемся валу двигателя должен был нажимать на пьезоэлемент в нужные моменты времени, когда должна была проскакивать искра.
Ну а что, в теории выглядит красиво: никаких катушек, высоковольтных преобразователей — всего лишь один пьезокристалл…
В ходе практических экспериментов было выявлено, что количество циклов срабатывания пьезоэлемента укладывается примерно в цифру 1 млн раз и менее — до разрушения.
И, если мы даже грубо посчитаем, то, например, для двухтактного двигателя с его в среднем 6000 об/мин (а искра у него должна проскакивать на каждый оборот вала), мы получим примерное расчётное время работы: 1 000 000 / 6000 = ~167 минут или 2,78 часа. Понятно, что он вряд ли будет «лупить» всё время на максимальных оборотах и, скорее всего, будет работать в смешанном режиме, но всё равно маловато…
Не так давно я нашёл любопытный патент, где разбирается интересный способ по электролитическому разложению воды без подключения внешнего источника тока.
Но, до того, как мы углубимся в изучение его концепций, ещё раз вспомним, что не всегда требуются два электрода для протекания электрического тока — например, если мы возьмём ту же самую люстру Чижевского, то там заряды перетекают с игл, по сути, на всю окружающую обстановку*, — стены здания, человека и др. предметы окружающей обстановки.
Да даже если мы вспомним классическую электрохимическую теорию ржавления (окисления) металлов, то, согласно ей, причина ржавчины на поверхности металлов связана с тем, что практически в любых условиях в рамках Земли поверхность металлов покрыта тем или иным количеством «электролита» — то есть любой токопроводящей жидкости, например, даже сконденсированным туманом или влагой из воздуха (так как поверхность металла обычно достаточно холодная относительно окружающей среды).
А благодаря различиям разных участков металла в строении кристаллической решётки, наличии/отсутствии макроскопических дефектов (царапины, вмятины, да даже следы механической обработки), даже разной площади участков (например, один участок больше другого за счёт того, что первый почти полностью покрашен краской) — они будут обладать различием в потенциалах, ввиду чего между ними начинает протекать локальный электрический ток, разрушая положительную зону (грубо говоря, положительный электрод), что и воспринимается нами как ржавчина или окисление.
Тут только следует оговориться, что, как уже было сказано, необходимым условием для протекания такого тока является наличие электролита — между абсолютно сухими контактами ток течь не будет.
Однако из‑за того, что электролит в условиях Земли присутствует практически всегда (влажность воздуха никогда не нулевая) — поэтому всё и ржавеет (то бишь окисляется, если мы говорим о других металлах, не о железе/стали).
Занятным примером подобного локального протекания тока явился случай, который мне рассказали буквально пару недель назад: полотенцесушитель (стальной) у человека в ванной комнате был прикручен к металлопластиковым трубам с помощью латунных гаек (не знаю, как их правильно назвать) — соответственно: два разных металла, постоянное протекание воды (то есть электролита, соединяющего эти металлы)...
Итог, я думаю, вы поняли: активное разрушение гаек, вплоть до неожиданного протекания горячей воды из полотенцесушителя и аварии (после разборки выявилось, что их резьба была критически окислена, то есть наблюдалась именно электрохимическая коррозия, а не банальная неплотность контакта)!
Конкретно из чего были сделаны эти гайки, надо ещё разбираться (и поднимать таблицы по потенциалам), но очевидно, что в этой паре они явились положительным электродом…
Или, например, наблюдая за тем, как искра от источника высоковольтного тока — например, той же пьезозажигалки — проскакивает между её высоковольтным электродом и поверхностью стола…
Таким образом, мы можем для себя из всего этого вынести такой вывод, что для протекания электрического тока вовсе не обязательно наличие двух явно наблюдаемых проводов — ток может протекать даже по весьма неочевидным (на первый взгляд) путям.
А теперь, что предложили учёные в рамках этого патента… Мы привыкли, что в рамках классического электролиза присутствуют (несмотря на то, что физически их может быть много) контакты двух полярностей, залитые электролитом, где в ходе пропускания электрического тока через эту систему происходит перенос зарядов через электролит. В результате чего, если в качестве электролита используется токопроводящая (с добавками для проведения тока) вода, то на одном из контактов будет наблюдаться выделение газообразного кислорода, а на другом — газообразного водорода. Всем нам, пожалуй, что со школьных лет, хорошо известен этот эксперимент:
То есть, мы здесь видим два классических контакта и внешний источник тока.
Но думали ли вы над тем, что будет, если источник тока поместить прямо в эту среду вместе с электродами?! То есть, взять пьезокристалл, грубо говоря, бросить его в электролит и некоторым механическим воздействием начать изгибать прямо в этой среде?
В таком случае, картина будет абсолютно той же, что и на картинке выше! А именно: при изгибании кристалла на разных его гранях будет формироваться разница потенциалов (это мы увидим ещё на картинке ниже): в ту сторону, в которую происходит сгибание, образуется положительный потенциал, а противоположная сторона, соответственно, получит отрицательный потенциал.
В результате произойдёт что? Верно: ток потечёт напрямую через воду — от отрицательной стороны кристалла к положительной, где на первой стороне будет выделяться водород, а на второй — кислород!
Почему они будут там выделяться? А потому что напряжение при этом превысит 1,23 В — минимально необходимое для разложения воды!
Но, как мы знаем, из‑за малой силы тока один пьезокристалл толку не даст… Но что, если этих кристаллов будет очень много — сотни, тысячи, миллионы (думаю, вы начинаете догадываться:‑))?
И, подтверждая вашу догадку, скажу, что эти разработчики предлагают насытить токопроводящий водный раствор взвесью пьезокристаллов малого размера, где, с одной стороны, их большое количество, а с другой — их большая суммарная площадь позволят добиться существенных эффектов!
Насколько малые кристаллы для этого потребуются: как можно видеть, например, вот здесь — требуются довольно малые размеры, микрометрового диапазона размеров, так как именно он позволяет создать значительную разницу потенциалов (насколько можно их понять, наблюдается тренд: чем меньше размер кристалла, тем большее значение напряжения он генерирует, где, например, при миллиметровых размерах кристаллов генерируемое напряжение слишком мало для начала разложения воды).
При этом такие кристаллы они называют fiber (волокно), имея в виду то, что для достижения максимальной эффективности они должны иметь малые поперечные размеры относительно своего удлинения, где при этом имеется некоторый график по эффективности относительно следующего диапазона длин:
Каким образом они предполагают получать такие волокна: здесь есть, насколько я понимаю, два варианта:
-
Размалывание обычного природного кварца (да-да, они предлагают использовать обычный природный кварц в качестве пьезоэлектрика из‑за его дешевизны) — либо в ручной ступке, либо с помощью специализированных электрических шаровых мельниц;
-
Либо выращивать их из оксидов, например, оксида цинка (ZnO), с применением гидротермального метода (если кому интересно, то вот здесь есть довольно много информации касательно того, как выращивают подобные стержни).
А теперь самое интересное — как предполагается колебать и сгибать подобные стержни: с помощью обычного ультразвука, пропускаемого сквозь водную ванну!
То есть, обычная ультразвуковая ванна, заполненная специальной взвесью!
Где при этом будет наблюдаться следующая картина:
В результате этих действий можно достичь эффективности генерации (на примере выхода водорода) со следующими показателями КПД процесса для разных пьезоэлектриков (выделил зелёным цветом, для удобства просмотра):
Как видно, максимальный КПД находится в пределах 18%.
Если мы обратимся к Википедии, то узнаем, что классический щелочной электролизер имеет эффективность порядка 70%.
Таким образом, получается, что этот метод существенно уступает классическим электролизерам… С другой стороны — механических вибраций достаточно много вокруг нас, и описанный выше способ «ультразвукового» воздействия не должен смущать — как мы рассматривали ранее, ультразвук может быть получен даже с помощью обычной струи воды, в которую помещается особой конструкции свисток.
Итого — допустим, некая водяная мельница крутит тихонько насосик, этот насосик перекачивает воду из одного резервуара в другой, пополняя верхний резервуар — из которого через свисток вытекает вода в нижний.
Вуаля — имеем сколько угодно ультразвука, «просто тоннами», 24/7 и без малейшего внешнего электричества.:‑)
Однако, мы не должны забывать и главную проблему — подобные системы обладают ограниченным сроком действия ввиду банального разрушения пьезокристаллов от изгиба — а даже по графику эффективности выше мы могли видеть, что для максимальной эффективности длина волокон должна находиться в определённом окне, и при уменьшении длины ‑происходит существенное падение эффективности…
В процессе размышления над всем этим, я, кажется, придумал одну вещь, которая, честно говоря, меня самого очень сильно поразила — а ведь можно подобные вибрационные генераторы сделать неограниченного срока действия, без какого‑либо разрушения генерирующего элемента! О_о
Дело здесь вот в чём… Мне приходилось слышать (не знаю, насколько это правда, но похоже), что иногда могут наблюдаться проблемы при трении несмешиваемых жидкостей — например, бензина и воды. Проблема заключается в том, что в ходе их трения может вырабатываться статическое электричество*.
*Почему нужны именно несмешиваемые жидкости — потому что, при их трении наблюдается разделение зарядов, то есть возникновение классического двойного электрического слоя.
И, как вы можете догадаться, это может стать проблемой, если процесс происходит внутри некоего резервуара (Бууум).
Таких пар несмешиваемых жидкостей, как мы знаем, великое множество — масло и вода и так далее и тому подобное.
Вывод вкратце: берём и трясём такую смесь! О_о Например, масло и воду!
При их трении начинает вырабатываться статическое электричество, которое протекает через токопроводящую воду, разлагая её на компоненты — и разряжается на массу! О_оГенератор без генератора? Некислая концепция вырисовывается…
Беглый поиск показывает, что ничего подобного (прямое статическое (то есть, трибо)‑разложение воды) в данный момент не существует!
Причём для достижения максимального эффекта можно попробовать взять что‑то вроде силиконового масла и трясти его с водой…
Или так: просто смешиваем две несмешиваемые жидкости и трясём их друг с другом (например, какое‑нибудь силиконовое и машинное масло) — в итоге имеем статическое электричество (если нам нужно именно электричество, а не водород).
Как ещё одна интересная вариация: некоторое время назад мы рассматривали такой лёгкий способ получения сверхтонких (сотни нанометров) нитей, как «электроспиннинг» — с его помощью можно легко получить огромное количество сверхтонких нитей, огромной длины…
А дальше вы уже понимаете — так как это полимерные нити, они совершенно не боятся никакой тряски: из таких нитей делается мат, укладывается в воду и трясётся!
Вуаля: имеем много электричества (так как площадь нитей огромна из‑за их малого сечения и большого количества) и параллельно не имеем проблем, свойственных собственно пьезокристаллам!
В общем, как мы видим, тема очень интересная и потенциально дающая множество возможностей, совершенно неожиданным образом!
Есть над чем подумать…
P. S. Если кому-то покажется, что добыча статического электричества из трения жидкостей выглядит как то диковато — то вспомним обычные облака: там вообще идёт накопление статики за счёт трения воды об воду!:‑)
И, кстати говоря, не так давно, мы уже рассматривали комнатную версию такого генератора (вода об воду) — весьма занятная вещица, кстати говоря, историческая...
А в целом, про воду есть ещё и такое...:‑)
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
Автор: DAN_SEA
