Как сделать батарейку в домашних условиях
Наш первый эксперимент — простейшая самодельная батарейка. Для начала решим, из каких материалов будем делать электроды. Именно от правильного состава будет зависеть эффективность нашего источника тока.
Из каких элементов можно сделать электроды
Для изготовления электродов подойдут практически все металлы, главное, подобрать пару, поскольку каждый металл имеет свой электродный потенциал, примеры приведены в таблице ниже.
Электродный потенциал некоторых металлов
| Металл | Потенциал, мкВ |
| Хром | +0.23 |
| Серебро | +0.20 |
| Медь | +0.04 |
| Никель | -0.13 |
| Олово | -0.25 |
| Кадмий | -0.58 |
| Железо | -0.52 |
| Алюминий | -0.53 |
| Цинк | -0.83 |
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос
Из таблицы хорошо видно, что некоторые металлы имеют отрицательный электродный потенциал, некоторые — положительный. Так из каких материалов сделать батарейку? Ответ простой — нужно выбрать такие материалы, чтобы разница в их электродных потенциалах была максимальной. Идеальное решение — цинк (отрицательный электрод) и хром (положительный электрод). С цинком немного проще — его можно попытаться найти. Но вот хром… Заменить на серебро? Дороговатый элемент получится.
Остановимся на меди. Хотя она сильно уступает серебру, но найти её будет несложно. Цинк для отрицательного электрода тоже искать не будем, а возьмём алюминий. Итак, положительным электродом у нас будет медь, отрицательным — алюминий. Теоретически для нашей конструкции нужен медный стержень диаметром 8–10 мм и длиной 100–150 мм. Но мы не будем его искать, а ограничимся медным обмоточным проводом диаметром 1–2 мм.
Берём кусок обмоточного провода длиной 1 м, счищаем с него лаковую изоляцию, складываем в 10 раз и скручиваем. Оборачиваем наш электрод пористой салфеткой и поверх этой конструкции наматываем алюминиевую проволоку. Это будет отрицательный электрод. В качестве электролита используем 15%-й раствор поваренной соли. Наливаем электролит в подходящую ёмкость и опускаем туда наш элемент, предварительно припаяв или прикрутив (алюминий сложно паять) к его электродам провода.
Важно! Опускаем элемент не полностью — токоотводящие провода, если они оба медные, не должны быть в электролите.
Подключаем к нашей батарейке вольтметр. На дисплее 0,8 В. Неплохо. А какой ток отдаст такой элемент? Подключаем к нему амперметр и измеряем ток короткого замыкания. 10 мА. Маловато, но будем считать, что эксперимент, скорее, удался, чем нет. Во всяком случае, батарея из нескольких таких элементов вполне сможет запитать светодиод. Что ж, пойдём дальше и займемся упрощённым элементом Даниэля-Якоби.
Напряжение, выдаваемое элементом, зависит от материала электродов и типа электролита, а ток пропорционален их площади. Увеличим площадь электродов, а в качестве электролита возьмём раствор сульфата меди (медного купороса) + раствор поваренной соли, поскольку электрод у нас не цинковый, а алюминиевый.
Электроды будут побольше, поэтому воспользуемся литровой банкой. Берём ту же медную проволоку и сворачиваем её в плоскую спираль. Диаметр спирали равен диаметру дна банки. К спирали припаиваем медный монтажный изолированный (это важно) провод. Из листа алюминия сворачиваем цилиндр. Диаметр цилиндра — по диаметру горлышка банки. Высота — на 40 мм меньше высоты банки. Укладываем на дно банки медную спираль, устанавливаем алюминиевый цилиндр, на котором мы заранее сделали «ушки», чтобы он повис на горлышке и не упал на дно.
Насыпаем на медную спираль 30 г кристаллического медного купороса (его можно найти в хозяйственном магазине). Готовим электролит — в 1 л воды растворяем 100 г поваренной соли. Аккуратно по стенке банки заливаем электролит так, чтобы он был на 10 мм ниже верхнего края алюминиевого цилиндра.
Теперь наш элемент необходимо запустить. Когда медный купорос слегка растворится и на дне ёмкости появится тонкий слой голубой жидкости, замыкаем на 10–20 сек. выводы элемента. Батарейка готова к работе. Измеряем напряжение — 0,9 В. Ток — 80 мА. Лучше, но всё равно мало.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос
Важно! Судя по всему, ток невелик из-за того, что электролиты не разделяются как следует, а в электролите медного купороса вообще полно поваренной соли. Да и медный электрод имеет небольшую площадь.
Придётся делать диафрагму, которая не даст смешаться электролитам, но будет пропускать ионы. Переходим к варианту 3. По диаметру горлышка банки 5 мм делаем медный цилиндр, высота которого на 50 мм меньше высоты банки. На верхнем краю цилиндра делаем два ушка и отгибаем их так, чтобы цилиндр повис на горлышке и не провалился в банку.
Теперь ионопроницаемый стакан. Сделаем его из обычного плотного картона (не гофрированного). Сворачиваем цилиндр по диаметру на 2–3 мм меньше диаметра медного цилиндра, прошиваем его. Высота цилиндра по высоте медного. Пришиваем к нему донышко.
Герметизируем швы стакана любым удобным способом — водоупорным клеем, термопистолетом и пр. К верхнему краю стакана-мембраны приклеиваем кольцо из такого же картона. Оно не даст мембране провалиться и одновременно будет служить изолятором. В цилиндре с самого края делаем два небольших отверстия — одно под мешалку, другое для заливки воды в отсек с купоросом. Проверяем свою работу на герметичность — наливаем воду и ждём несколько минут. Стенки стакана должны стать влажными, но без видимых протечек.
Полезно! Для проверки на герметичность лучше использовать не воду, а солевой электролит — 100 г поваренной соли на 1 л воды.
Мешалку изготовим из тонкого пластмассового стержня, согнув его над газовой горелкой в форме хоккейной клюшки. Остался алюминиевый электрод. Снова цилиндр той же высоты с диаметром на 1–2 мм меньше диаметра стакана. Также делаем и отгибаем ушки. Вот вроде и всё, можно приступать к сборке батарейки. Устанавливаем мешалку и медный электрод. На дно банки насыпаем 100 г кристаллического медного купороса. Ставим сверху ионопроницаемую мембрану-стакан, пропуская сквозь одно из отверстий в кольце ручку мешалки. Опускаем в него алюминиевый цилиндр.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос
Полезно. Если нет листовой меди, то можно воспользоваться обмоточным проводом со счищенной изоляцией, намотав его прямо на стакан-мембрану. На время намотки в стакан лучше вставить оправку соответствующего диаметра, чтобы не раздавить его.
В отверстие кольца заливаем воду. Уровень на 1 см ниже края горлышка банки. В стакан — раствор соли (100 г соли на 1 л воды). Подключаем к клеммам батарейки амперметр и работаем мешалкой, размешивая медный купорос, до тех пор, пока ток короткого замыкания не достигнет значения 500–600 мА. Вот и всё, отключаем амперметр, измеряем напряжение. Как и требуется — 0,9 В. Совсем другое дело. Такой элемент уже можно использовать.
Какими характеристиками обладает такая батарея? Конструкция проработала полтора месяца, отдавая полную нагрузку в течение 4 часов в сутки. После этого её пришлось разобрать и перезарядить купоросом и солевым раствором. При перезарядке не помешает осмотреть алюминиевый электрод, поскольку в процессе работы расходуется не только медный купорос, но и алюминий. Его тоже придётся периодически менять, правда, гораздо реже. Ориентировочная ёмкость гальванической батареи из 6 элементов составила 550 Вт·ч, выходное напряжение — 5,4 В.
Важно! При эксплуатации такой батареи необходимо следить за разрядным током. Если он уменьшается — работаем мешалкой.
Соль, уголь и графит
Какой аккумулятор выбрать
Для этого устройства не нужна кислота, так как используется щелочная реакция. Как сделать аккумулятор этого типа? Основой накопителя энергии этого типа служит ёмкость с электролитом в виде раствора воды и хлорида натрия – поваренной соли. Для его создания требуются:
- графитовые стержни, с металлическим колпачком для припаивания контакта;
- активированный или древесный уголь, истолчённый в крошку;
- тканевые мешки для размещения угольного порошка;
- ёмкость для электролита с плотной крышкой для фиксации концов электрода.
В качестве электродов служит графитовый стержень в плотной угольной обкладке. Графит можно использовать из пришедших в негодность батареек, а уголь – древесный или активированный, из противогазных фильтров. Для создания плотной обкладки уголь можно поместить в водопроницаемый мешок, после чего вставить внутрь графитовый стержень, а ткань мешка обмотать нитью или проводом с изоляционным покрытием.
Для увеличения показателей этого рода конструкции можно создать батарею из нескольких электродов, размещённых в одной ёмкости.
Газовый накопитель
Важно! Накопительная ёмкость и напряжение на контактах самодельных устройств для накопления электроэнергии сравнительно невелики, но в то же время их вполне хватает для подключения маломощного источника света или других целей. Батарея из нескольких электродов имеет более высокие показатели, но они более громоздкие.
Делаем аккумулятор
А теперь решим вопрос, как сделать аккумуляторную батарею своими руками в домашних условиях. Точнее, пока не батарею, а единичный аккумулятор. Начнём с самой интересной по принципу работы конструкции — газового аккумулятора. Чтобы собрать такой источник тока, нам понадобятся:
- два угольных стержня;
- активированный уголь;
- непрозрачная ёмкость;
- хлопковая ткань;
- иголка с ниткой;
- поваренная соль.
Угольные стержни можно добыть из солевых батареек, причём подойдут и отслужившие свой срок. Активированный уголь продаётся в аптеках в таблетках. В качестве непрозрачной ёмкости подойдёт пластиковый стаканчик, окрашенный или оклеенный непрозрачной бумагой.
В отличие от гальванических элементов, оба электрода в газовых аккумуляторах выполнены из одинаковых материалов и имеют одинаковую конструкцию. Но перейдём к делу. Начнём с добычи электродов. Лучше брать солевые батарейки типоразмера D — там стержни больше. Достать из них графит будет нетрудно. Развальцовываем верхний бортик верхней части батарейки, поддеваем металлическую крышку шилом и снимаем её. Под крышкой пластиковая прокладка. Шилом снимаем и её.
Видим графитовый стержень, воткнутый в чёрную плотную массу. Расковыриваем шилом массу и вынимаем стержень.
Теперь берём два добытых графитовых стержня, тем или иным способом прикрепляем к их концам провода — это будут токовыводы. Шьём из Х/Б ткани два мешочка такого размера, чтобы в них вошло примерно по 80–100 граммов порошкообразного активированного угля.
Настал черёд угля. Продаётся он в виде таблеток, нам он нужен в порошке. Долго и упорно толчём таблетки в ступке, пока не получится очень мелкая пыль. Насыпаем её в мешочки, вставляем угольные стержни, подтрамбовываем, если нужно, подсыпаем. Зашиваем наши мешочки как можно тщательнее и плотно обматываем нитками. Чем лучше обмотаем, тем лучшим будет контакт угля с графитовым стержнем.
Устанавливаем электроды в стаканчик и разделяем их каким-либо сепаратором. На фото ниже в качестве сепаратора использована обычная щепка, но лучше сделать что-то более ионопроницаемое. К примеру, толстый ватин.
Электроды на месте, электролит готов
Заливаем электролит (100 г соли на 1 л воды), но не доверху — контакты должны остаться сухими. Аккумулятор готов, но его ещё нужно зарядить. Поскольку электроды у нас одинаковые, произвольно выбираем, какой будет плюсовым, какой минусовым. Можно приступать к зарядке. Для этого понадобится источник постоянного тока с напряжением 4,5–5 В. Подойдёт, к примеру, зарядное устройство от любого пятивольтового гаджета. Подключаем его к клеммам и начинаем зарядку.
Полезно! Перед зарядкой лучше выждать 10–15 минут, чтобы уголь в мешочках как следует пропитался.
В процессе зарядки начинается электролиз электролита (натрия хлорид + вода). В результате электролиза на одном из электродов накапливается водород, на другом — хлор. Запасается он в порах активированного угля в чистом виде и ни с чем не взаимодействует. Как только «контейнеры» будут заполнены, начнётся бурное выделение газов (аккумулятор «закипит», поскольку водороду и хлору негде больше накапливаться). Напряжение к тому времени на клеммах аккумулятора станет равным 2,2–2,4 В.
При таких габаритах наша перезаряжаемая батарейка будет иметь ёмкость примерно 1 А·ч, а ток короткого замыкания составит примерно 300 мА. По мере разряда напряжение будет снижаться, пока не упадёт до нуля — устройство не боится полного разряда. А при желании его можно даже переполюсовать, зарядив наоборот. Пока мы будем разряжать аккумулятор, газы будут покидать электроды, восстанавливая соль и воду. В чём недостатки газовых аккумуляторов? Основной — большой саморазряд. Даже если нагрузка полностью отключена, электроды будут терять газ, и буквально через пару дней источник снова придётся заряжать.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос
Важно! Чтобы уменьшить саморазряд, необходимо полностью защитить электроды от света — взять непрозрачный корпус и сделать светонепроницаемую крышку.
Теперь о свинцовых аккумуляторах. Хороших показателей от аккумулятора такого типа (как и от щелочного), конечно, добиться можно. Но процесс изготовления свинцовой батареи большой ёмкости настолько затратный и трудоёмкий, что заниматься изготовлением источника тока этого типа не имеет смысла. Поэтому мы не станем возиться с изготовлением свинцового аккумулятора, а просто посмотрим занимательное видео. И если будет желание, каждый сможет повторить этот эксперимент самостоятельно.
Самодельный свинцово-медный аккумулятор
Вроде всё просто, но, как видим, результаты неутешительные. А самому лить пластины, наносить на них оксид и диоксид свинца, как было замечено выше, смысла нет.
Лимоны и апельсины в качестве ёмкости для электричества
Лимон – не только вкусный и полезный фрукт, но и природный аккумулятор. Для его использования достаточно объединить несколько лимонов в последовательную цепь, посредством металлических электродов. После чего можно подключать «фруктовый» накопитель к зарядному устройству. Вместо лимонов можно использовать и другие цитрусовые, имеющие в составе кислоту, которая будет служить природным электролитом. Чем больше цитрусовых задействовано, тем выше параметры «природной» АКБ.
Лимонный сок, кислоту или её раствор можно использовать и отдельно. Для этого достаточно залить их в банку небольшого размера и установить там медный и стальной электрод. Напряжение природного накопителя электроэнергии невелико, но, тем не менее, его хватит для источника освещения малой мощности.
Даже при отсутствии накопителя энергии фабричного производства можно легко сделать аккумулятор своими руками. Для его создания требуются лишь знания основ физики и химии, а также наличие под руками кислоты или щелочи любого типа. В качестве электродов можно использовать практически любые металлы, которые есть в наличии, но наилучший вариант – это использование сталей с большим содержанием железа, а также меди и её сплавов.
Схемы соединения аккумуляторов в батарею
С аккумуляторами и гальваническими элементами мы поэкспериментировали. Теперь перейдём к батареям, ведь чаще всего напряжения одного элемента — будь то гальванический элемент или аккумулятор — недостаточно для решения наших задач. Прежде всего, разберёмся, какими способами можно соединить отдельные элементы и что это даст. Для наглядности будем работать с популярными и весьма эффективными промышленными аккумуляторами 18650.
Этот источник тока имеет следующие характеристики:
- тип — литий-ионный;
- выходное напряжение — 4,2–2,8 В (зависит от степени разреженности);
- электрическая ёмкость — от 1 800 мА·ч до 3 500 мА·ч в зависимости от модели;
- габариты (высота/диаметр, мм) — 66,8/18,5;
- встроенный контроллер (см. раздел ниже) — зависит от модели.
Предположим, в нашем распоряжении 3 аккумулятора ёмкостью 2 200 мА·ч каждый и 1 ёмкостью 1 800 мА·ч. Для начала соединим их последовательно:
При последовательном соединении источников тока напряжение их складывается, а электрическая ёмкость будет равна ёмкости самого маломощного аккумулятора в цепи. Таким образом, мы получили батарею с выходным напряжением 3,7 х 4 = 14,8 В и ёмкостью 1 800 мА·ч.
Важно! Напряжение 14,8 В — типовое значение. В зависимости от степени зарядки это напряжение может колебаться от 16,8 до 11,2 В. Обычно сборку из 4 элементов считают батареей на 12 В.
А теперь соединим наши аккумуляторы параллельно:
При параллельном соединении элементов напряжение не изменяется, а электрическая ёмкость складывается. Значит, наша батарея выдаст всё те же 3,7 В, но ёмкость её составит 2 200 х 3 +1 800 = 8 400 мА·ч. Больше 8 А·ч!
Как собрать аккумуляторную батарею своими руками (тонкости и советы)
В этой статье мастер-самодельщик проведет нас по всем этапам сборки батареи, от выбора материала до окончательной сборки. Радиоуправляемые игрушки, батареи ноутбуков, медицинские приборы, электровелосипеды и даже электромобили используют аккумуляторы в основе которых элемент питания 18650. Батарея 18650 (18*65 мм) — это размер литий-ионной батареи. Для сравнения обычные батарейки формата АА имею размер 14*50 мм. Конкретно эту сборку автор делал для замены свинцово-кислотного аккумулятора в изготовленной им ранее самоделки. Видео:
Инструменты и материалы: -Аккумуляторы 18650; -BMS (Battery Management System); -Никилиевая полоса; -Индикатор уровня заряда батареи; -Выключатель; -Разъем; -Держатель аккумуляторной батареи 18650; -Винты 3M x 10 мм; -Аппарат точечной контактной сварки; -3D-принтер; -Стриппер (инструмент для снятия изоляции); -Фен; -Мультиметр; -Зарядное устройство для литий-ионных батарей; -Защитные очки; -Диэлектрические перчатки; Некоторые инструменты можно заменить на более доступные. Шаг первый: выбор аккумуляторов Первым делом нужно выбрать правильные аккумуляторы. На рынке представлены разные батареи от $ 1 до $ 10. По утверждению автора лучшие аккумуляторы фирм Panasonic , Samsung , Sanyo и LG. По цене они дороже других, но зарекомендовали себя хорошим качеством и характеристиками. Не советует автор покупать батареи с названиями Ultrafire, Surefire и Trustfire. Это батареи которые не прошли контроль качества на заводе и были куплены по бросовой цене и перепакованы под новым названием. Как правило в таких батареях отсутствует заявленная емкость и есть риск возгорания при заряде-разряде. Для своей самоделки мастер использовал аккумуляторы фирмы Panasonic емкостью 3400 мАч. Шаг второй: выбор никелевой полосы Для соединения аккумулятор нужны никелевые полосы. На рынке представлены два продукта: никелированные металлические и никелевые полосы. Автор советует использовать никелевые полосы. Они подороже, но имеют низкое сопротивление и значит меньше греются, что влияет на срок службы батарей. Шаг третий: точечная сварка или пайка Для соединения батарей есть два способа пайка и точечная сварка. Лучший выбор точечная сварка. При точечной сварке батарея не перегревается. Но аппарат для сварки (такой, как у автора) стоит ок. 12 т.р. в зарубежном интернет-магазине и ок. 20 т.р. в российском интернет-магазине. Сам автор использует сварку, но подготовил несколько рекомендаций и для пайки. При пайке к минимуму сведите контакт паяльника с батареей. Лучше использовать мощный паяльник ( от 80 Вт) и быстро припаять, чем разогревать место припоя. Шаг четвертый: проверка батарей Перед соединением батарей нужно проверить отдельно каждую из них. Напряжение на батареях должно быть примерно одинаково. У новых качественных батарей напряжение составляет 3,5 В — 3,7 В. Такие батареи можно соединять, но лучше выравнять напряжение с помощью зарядного устройства. У б\у батарей разница напряжений будет еще больше. Шаг пятый: расчет батарей
Для проекта мастеру нужна батарея с напряжением 11,1 В и емкостью 17000 мАч. Емкость батареи 18650 составляет 3400 мАч. При параллельном соединении пяти аккумуляторов получаем емкость равную 17000 мАч. Обозначают такое соединение Р, в данном случае 5Р Одна батарея имеет напряжения 3,7 В. Что бы получить 11,1 В нужно соединить последовательно три батареи. Обозначение S, в данном случае 3S. Итак для получения нужных параметров нужно три секции, состоящих каждая из пяти параллельно соединенных аккумуляторов, соединить последовательно. Пакет 3S5P. Шаг шестой: сборка батареи Для сборки батареи мастер использует специальные пластиковые ячейки. Пластиковые ячейки обладают рядом преимуществ перед соединением их например, с помощью клеевого пистолета. 1.Легкая сборка любого количества. 2. Между аккумуляторами остается пространство для вентилирования. 3.Вибро и ударо прочность. Собирает две ячейки 3*5. Устанавливает, в ячейку, первый пакет аккумуляторов 5S плюсом в верх,следующие пять минусом вверх и последний пять аккумуляторов снова плюсом вверх (см. фото). Сверху устанавливает вторую ячейку. Шаг седьмой: сварка Отрезает четыре никелевые полосы, для параллельного соединение, с запасом в 10 мм. Отрезает десять полосок для последовательного соединения. Укладывает длинную полоску на + контакты первой (при переворачивании она так и останется первой) параллельной ячейки 5Р. Приваривает полосу. Приваривает полоски одним концом к + третей ячейки другим к — второй. Приваривает длинную полосу к + третей ячейки (поверх пластинок). Переворачивает блок. Приваривает пластинки с обратной стороны учитывая, что теперь параллельно соединяем третью, а параллельно-последовательно первую и вторую секции (учитывая что ее перевернули). Шаг восьмой: BMS (Battery Management System) Сначала немного разберемся что такое BMS. BMS (Battery Management System) – это электронная плата, которая ставится на аккумуляторную батарею с целью контроля процесса её заряда/разряда, мониторинга состояния аккумулятора и его элементов, контроля температуры, количества циклов заряда/разряда, защиты составных аккумуляторной батареи. Система управления и балансировки обеспечивает индивидуальный контроль напряжения и сопротивления каждого элемента аккумулятора, распределяет токи между составными аккумуляторной батареи во время зарядного процесса, контролирует ток разряда, определяет потерю емкости от дисбаланса, гарантирует безопасное подключение/отключение нагрузки. На основе получаемых данных BMS выполняет балансировку заряда ячеек, защищает аккумулятор от короткого замыкания, перегрузки по току, перезаряда, переразряда (высокого и чрезмерно низкого напряжения каждой ячейки), перегрева и переохлаждения. Функциональность BMS позволяет не только улучшить режим эксплуатации аккумуляторных батарей, но и максимально увеличить срок их службы. Важными параметрами платы является количество ячеек в ряду, в данном случае 3S, и максимальный разрядный ток, в данном случае 25 А. Для данного проекта мастер использовал плату со следующими параметрами:
Модель: HX-3S-FL25A-A Диапазон перенапряжения: 4,25 ~ 4,35 В ± 0,05 В Диапазон разрядного напряжения: 2,3 ~ 3,0 В ± 0,05 В Максимальный рабочий ток: 0 ~ 25 А Рабочая температура: -40 ℃ ~ + 50 ℃ Припаивает плату к концам батареи согласно схеме. Шаг девятый: корпус Корпус мастер-самодельщик изготовил на 3D принтере. Шаг десятый: сборка Теперь нужно установить индикатор заряда батареи, выключатель индикатора и разъем для подключения зарядки или нагрузки. Монтирует все согласно схеме (черный провод к Р- ,коричневый к Р+) и устанавливает в корпус. Прикручивает крышку. Для зарядки можно использовать адаптер 12,6 В 2А. Доставка новых самоделок на почту
Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .
Перевел SaorY для mozgochiny.ru
Снова приветствую всех мозгочинов! Сегодня расскажу вам, как самостоятельно и из подручных материалов сделать батарейку!
Элементы питания типа АА это широко распространенные батарейки цилиндрической формы с номиналом около 1.5В, примерно 49-50мм в длину и 13.5-14.5мм в диаметре. Их просто изготовить самостоятельно, причем само изготовление этой мозгосамоделки может служить отличным наглядным пособием для объяснения детям физико-химических процессов.
Шаг 1: Материалы и инструменты
- гофрокартон
- медные плоские шайбы диаметром 10мм – 12шт.
- цинковые плоские шайбы диаметром 10мм – 14-16шт.
- термоусадочная трубка
- дистиллированная вода – 120мл
- уксус – 30мл
- поваренная соль – 4 ст.ложки.
- паяльник и припой
- чашка для смешивания раствора
- цифровой мультиметр
- ножницы
- наждачная бумага
- иглогубцы
- зажигалка или термофен
- старая АА батарейка для сверки
Шаг 2: Зачистка шайб
Основа этой самоделки 11 медно-цинковых элементов, которые «выдают» 1.5В. Медные и цинковые шайбы должны вступать в химические реакции, поэтому очищаем их от окислов, грязи и т.п. Используя мозгошкурку с 100 зерном не просто очищаем шайбы, а начищаем их до блеска.
Шаг 3: Подготовка электролита
Медь и цинк создают разность потенциалов, но нужна еще и среда, через которую будут проходить заряды между этими потенциалами. Для электролита в 120мл дистиллированной воды растворяем 4 столовых ложки соли, тщательно все перемешиваем до полного растворения, затем добавляем 30мл уксуса и даем настояться.
Шаг 4: Картон
Чтобы шайбы оставались на расстоянии друг от друга нужно их проложить мозгокартоном, а именно гофрокартоном, пропитанным электролитом. Нарезаем гофрокартон на квадраты со стороной 1см и замачиваем их в электролите, который настаивался не менее 5 минут после добавления уксуса.
Шаг 5: Растягивание трубки
Теперь необходимо немного доработать термоусадочную трубку. Чтобы легче устанавливать в трубку медно-цинковые элементы батарейки, иглогубцами растягиваем саму трубку примерно на 10% от начального диаметра.
Шаг 6: Тестирование
Настало время протестировать наши элементы. На медную шайбу кладем мозгокартон, пропитанный электролитом, а на него цинковую шайбу. Используйте перчатки! Далее включаем мультиметр в режим «постоянные 20В», черным проводом касаемся медной шайбы, а красным – цинковой. Мультиметр должен показать около 0.05-0.15В, этого хватит для создания батарейки из 11 медно-цинковых элементов.
Шаг 7: Сборка батарейки
Собираем батарею из подготовленных элементов: медь – цинк – картон. Именно в этой последовательности. См фото.
Сначала вставляем в трубку медную шайбу, выравниваем ее перпендикулярно длине трубки, на нее укладываем цинковую шайбу, затем картон и так далее все 11 элементов. Для удобства слегка утрамбовываем элементы пластиковым стержнем.
После установки последней цинковой шайбы сверяем полученную заготовку самоделки со старой стандартной батарейкой типа АА, если нужно добавляем еще одну цинковую шайбу. После подгонки по длине нагреваем трубку, формируя тем самым батарейку, лишние концы обрезаем.
Шаг 8: Монтаж контактов
Осталось добавить контакты. Нагреваем мозгопаяльник и припаиваем к концам батарейки шарики из припоя. То есть на медный конец напаиваем шарик из припоя, так чтобы при установке в батареедержатель наша самоделка касалась контакта батареедержателя. Затем переворачиваем батарейку и проделываем тоже с цинковым концом.
Выбор аккумуляторов
Для начала необходимо определиться с напряжением и емкостью нужной вам батареи, её размерами, и подобрать качественные аккумуляторы под эти параметры. Максимальный разброс внутреннего сопротивления может быть не более 3-5%, иначе батарея быстро разбалансируется. Если возможности тестировать аккумулятор на емкость и проверить фактическое внутреннее сопротивление у вас нет, то покупать элементы нужно у проверенных поставщиков и отбирать их из одной партии. Такое решение снизит риски получить низкую ёмкость и большую разницу сопротивления элементов.
Какой Li-ion аккумулятор принять за основу
Большинство из литий-ионных батарей используют аккумуляторы форм-фактор 18650. Это значит, гирлянду никель-кадмиевых элементов заменяют сборкой литий-ионных высокотоковых.
В чем различия?
– В количестве используемых банок.
-В емкости АКБ, увеличенной более чем в 2 раза.
– В уменьшенном весе батареи.
Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать не полным циклом, при этом емкость не становится меньше.
Сложности : стоимость нового аккумулятора для шуруповерта своими руками может потянуть на 2 тысячи. Система Ли-ион 18650 работает в узком диапазоне, как правило, 4,2 – 3,0 В. Необходимо выбрать элементы, рассчитанные на ток 20-30 ампер. Потребуется ЗУ другого типа или доработанное. Необходимо использовать защитную плату для сборки, балансир, и контроллер в ЗУ. Устройство на литиевых аккумуляторах 18620 может работать до -10 0 С, при этом сильно потеряв емкость.
Есть другие высокотоковые батарейки А123 форм-фактор 26650 серия М, активная часть состоит из литий-железо-фосфатных компонентов. Аккумуляторы выдают напряжение 3,3 В, емкость каждого 2 500 А/ч. Эти высокотоковые устройства способны обеспечить ток до 60С, работают до -30 0 С. Используется ЗУ с другими параметрами. Немаловажно, что заряжаются батареи в течение 15 минут используя ток до 10 А, безопасны, не взрываются. Рабочий диапазон 3,3 – 2,5 В.
Создавая литиевый аккумулятор для инструмента своими руками, рационально использовать элементы 18650 в АКБ шуруповертов мощностью 12 – 14,4 В для работы внутри помещения. Для техники с входным напряжением 18 вольт составить аккумулятор из элементов Nanophosphate А123 Systems, но только тайваньской сборки или от компании PowerLabs. Продаются на AliExpress, доставка бесплатная.
Рассчитать, сколько потребуется аккумуляторов для составления источника энергии нужного параметра несложно. Для этого нужно знать паспортную мощность прибора, напряжение. Чтобы разместить элементы в контейнере, возможно, потребуется убрать некоторые перегородки. Из старой гирлянды нужно аккуратно отсоединить клеммы, внедрить их в новую сборку, чтобы в последующем обеспечить контакт сборки с платформой прибора.
Контроллер заряда Li-ion аккумулятора своими руками
Контроллер – электронная плата которая по характеристикам поддерживает рабочее напряжение и ток разряда. То есть напряжение контроллера должно отвечать характеристике прибора. Токовая нагрузка подбирается в 2 раза ниже предельной. Значит, для 18650 ток должен быть 12-15 А, для 26650 – 30-40 А.
Под контроллером заряда-разряда понимают схему защиты от слишком глубокого разряда, он же препятствует перезаряду банок выше 4,2 В. Но это только защита. Настоящий контроллер установлен в ЗУ, рассчитан на зарядку в 2 этапа с последующим отключением аккумулятора. Зарядное устройство это не блок питания. Назначение этого инструмента стабилизировать ток на первом этапе процесса, при этом выходное напряжение зависит от тока нагрузки.
В конструкции предусмотрены резисторы для регулирования выходного напряжения, индикации окончания заряда, порога ограничения выходного тока. Микросхема LM2596 выступает в виде контроллера ШИМ, компаратор LM358 поддерживает параметры тока, управляет индикацией. Стабилизатор 78L05 питает компаратор и поддерживает напряжение.
Для того, чтобы отключить аккумулятор именно в момент полного набора заряда, необходимо доработать схему. Такая доработка обусловит отключение зарядки при достижении полного заряда.
Защитная плата MBS отключит аккумулятор при достижении полного заряда. Но она срабатывает с некоторым опозданием. Поэтому батарея может получить небольшой перезаряд, сокращающий срок службы дорогого прибора.
