Первый свинцово кислотный аккумулятор изобрел и опробовал как известно французский физик Гастон Планте. Он скрутил две свинцовые пластины в рулон, предварительно проложив между ними разделительное сукно. Рулон поместил в сосуд и залил его соленой водой. В итоге если подать напряжение на пластины, то он заряжался. И после, если к нему подключить лампочку, или что-то другое, то он мог некоторое время отдавать запасенную энергию на горение этой лампочки. Так же после заряда энергия в таком аккумуляторе могла хранится без потерь продолжительное время. Это и положило начало эры свинцово кислотных аккумуляторов .
Но самый главный недостаток такого рулонного аккумулятора, это маленькая емкость. В последствии было выяснено что если такой аккумулятор несколько раз зарядить и разрядить меняя полярность (+-), то емкость увеличивалась. Это объясняется тем, что на пластинах образовывался слой оксида свинца, и пластины размегчаоись, становились как губка. Кислота теперь могла проникать глубже в пластины, тем самым больше свинца участвовало в химическом процессе.
Эти циклы заряда разряда меняя плюс на минус и обратно назвали формовкой пластин. Чтобы нарастить толстый слой оксида свинца, приходилось затрачивать много энергии и времени. Но позже один молодой человек, работавший помощником у Планте решил сделать по другому. Он решил сразу наносить на пластины оксид свинца, тем самым он сразу получил более емкий аккумулятор. В последствии эту технологию немного улучшили. Стали делать свинцовые решетки, которые замазывали аксидом свинца в виде пасты. Пасту готовили из оксида свинца, в которую добавляли немного воды, или электролита и перемешивали до густой консистенции.
>
Спустя уже более 100 лет технология изготовления аккумуляторов в принципе не изменилась. На производствах так же методом литья, или штамповки делают свинцовые решетки, и намазывают пастой, состоящей из оксида свинца, плюс дополнительные добавки, которые не дают пасте распадаться и придают другие нужные свойства. Так же разделительные прокладки между пластинами делают из современных материалов, что исключает выпадение намазки из решеток и препятствует замыканию пластин между собой. На каждом заводе, и для различных типов аккумуляторов (тяговых, стартерных, и т.п.) есть свои тонкости, но в целом технология одна и та же.
>
Теперь можно подумать о том, можно ли сделать свинцово кислотный аккумулятор в домашних условиях, чтобы это было выгодно и эффективно. Во первых дело в свинце, где его брать?. В негодных аккумуляторах, но если переплавить один авто-аккумулятор, то на выходе будет всего примерно 1,5кг свинца, и станет понятно что добывать свинец таким образом не выгодно. Чтобы переплавить весь свинец содержащийся в аккумуляторе, часть которого в виде оксида, сульфата и прочие элементы, которые содержатся в намазке решеток, то тут нужна плавильная печь и дополнительная химия и условия, по-этому дома на костре получится консервная банка свинца и целая куча шлака.
Тогда можно купить свинец, есть листовой, и в чушках, стоит не дорого. Если делать из листового свинца, то можно примерно прикинуть затраты на один аккумулятор. Если покопаться в литературе, то можно узнать что с одного квадратного метра площади пластин можно получить емкость примерно 5-10Ач. Тогда для одной банки емкостью 50-100Ач нужно 10кв.м свинца. Так как для 12-ти вольт нужно 6 банок, то соответственно нужно около 60 кв.м свинца. Самые тонкие листы в продаже 0,5мм, вес одного кв.м такого листа свинца состовляет 5,7 кг. Так как площадь листа работает с обоих сторон, значит нам нужно на АКБ уже не 60кв.м, а 30кв.м. Тогда получается на аккумулятор емкостью 50-100Ач нужно 30*5,7=171кг свинца, стоимость за 1кг около 150 рублей, и цена только на свинец составит около 25 000 рублей, что в 5-6раз дороже чем заводской аккумулятор емкостью 100Ач.
>
Можно увеличить емкость пластин формовкой, с помощью зарядки и разрядки меняя местами плюс и минус, но не известно сколько циклов нужно сделать чтобы значительно увеличить емкость. Планте формовал пластины электричеством три месяца. За это время уйдет очень много энергии на формовку, и в итоге аккумулятор только подорожает. Из всего этого понятно что экономически не выгодно делать аккумулятор из листового свинца.
Да, кстати на счет долговечности аккумулятора с пластинами из листового свинца. Служить такой аккумулятор будет значительно дольше, так-как пластины цельные и от глубоких разрядов, больших разрядных токов, не будет отходить намазка, которой просто нет, но сульфатация пластин будет точно такая же как и у обычного аккумулятора, по этому по сути дольше обычных этот аккумулятор не прослужит. Правда его можно разобрать и почистить от белого налета (сульфата) и он дальше сможет работать.
Проблема в том что у листового свинца нет слоя оксида, точнее есть, из-за него свинец становится темно серого цвета, но этот слой слишком тонкий. Оксид, это окисленный кислородом свинец, на производствах его по разному получают. Но в домашних условиях эту пыль получить затруднительно. Можно конечно попробовать пластины увлажнять водой, чтобы они окислялись на свежем воздухе, но какой слой окиси удастся нарастить таким образом и сколько времени на это уйдет не известно, поэтому про рулонный аккумулятор из листового свинца можно забыть.
Хороший аккумулятор получится если использовать вместо пластин свинцовую фольгу. Так можно в несколько раз увеличить площадь при том же весе, но дома фольгу не сделаешь, а в продаже чистой свинцовой фольги нет, да и стоила бы она в несколько раз дороже листового свинца того же веса. Поэтому хороший вариант с фольгой отпадает. Или дома ставить прокаточный станок и самому делать фольгу.
Можно попробовать делать пластины как делают на заводе, решетки отлить не сложно. Они толстые, и форму для отливки сделать просто. Но проблема в намазке, она ведь состоит из оксида свинца, а как его делать дома. К примеру чем нибудь стирать свинец в пыль, или мелкую стружку, потом поливать водой или электролитом и в какой нибудь емкости его постоянно перемешивать чтобы окислялся на кислороде, но это дома трудно и бессмысленно делать, так как готовый аккумулятор гораздо дешевле выйдет.
Вот наверно вкратце все что я хотел сказать. Для себя я сделал вывод что свинцовый аккумулятор своими руками возможен, но трудоемок и не выгоден, поэтому на этом деле можно смело ставить большую и жирную точку. Так же читая множество информации и о других типах аккумуляторов я пришел к выводу что ничего нормального в домашних условиях и с применением доступных и дешевых материалов не выйдет. Если есть вопросы или какие-то выводы то оставляйте комментарии.
Сегодня мы изготовим достаточно простое устройство, а точнее источник питания - самодельный аккумулятор напряжения. Как известно, два разных металла погруженные в раствор электролита, способны в себе накапливать электрический ток. В качестве электродов было решено использовать медную и алюминиевую фольгу (на мой взгляд они самые доступные).
Кроме фольги нам еще понадобится - лист бумаги, прозрачный скотч и сам сосуд, в котором мы поместим банку аккумулятора (очень удобно использование стеклянного сосуда из - под нафтизина или валерианных таблеток).
Смотрим на фотографии.
Фольги почти одинакового размера, только алюминиевая фольга чуть длиннее, причины этому нет, просто на медную фольгу легче нанести припой, чем на алюминиевую и провод к фольге не припаян, просто свернут в нее затем зажат при помощи плоскогубцы.
Далее обе фольги были завернуты в лист бумаги. Не допустимо касание металлов друг к другу, между ними ограждением служит лист бумаги. Затем фольги нужно взять вместе и завернуть в кружок и обмотать ниткой или прозрачным скотчем.
Затем изготовленный сверток нужно поместить в сосуд. После этого берем 50 мл воды и разбавляем в нее 10 - 20 граммов соли. Раствор хорошенько перемешиваем и подогреваем до тех пор, пока вся соль не расплавится.
После расплавления соли раствор заливаем в сосуд, где у нас готовая заготовка для нашего самодельного аккумулятора. После заливки ждем несколько минут и измеряем напряжение на проводах аккумулятора. Забыл уточнить полярность аккумулятора, медная фольга - плюс питания, алюминиевая соответственно минус. Измерения покажут напряжение порядка 0,5-0,7 вольт. Но первоначальное напряжение ни о чем не говорит. Нужно зарядить наш аккумулятор. Заряжать можно от любого источника постоянного тока с напряжением 2,5-3 вольт, зарядка длится пол часа. После зарядки опять измеряем напряжение, оно возросло до 1,3 вольт и может достигать до 1,45 вольт. Максимальный ток такого самодельного аккумулятора может достигать до 350 миллиампер.
Можно изготовить несколько таких аккумуляторов и использовать как резервный источник питания скажем для светодиодной панели или фонаря. Для повышения мощности аккумулятора можно использовать фольгу больших размеров, но конечно такой самопальный аккумулятор держать заряд будет не очень долго (в течении одной недели заряд иссякнет), еще один минус - малый срок службы (не более 3 месяцев), поскольку на меди образуется оксид а во время процесса заряд-разряд алюминиевая фольга начинает поддаваться коррозии и постепенно разделится на мелкие кусочки, но думаю для экспериментов стоит попробовать собрать такой простенький аккумулятор.
Вам понадобится
- - стеклянная банка;
- - свинец:
- - глина;
- - серная кислота;
- - мерная химическая посуда;
- - источник постоянного тока;
- - ареометр;
- - тестер или мультиметр;
- - дистиллированная или дождевая вода;
- - провода;
- - электрическая лампочка на 2,5-3 В;
- - слесарные инструменты.
Инструкция
Аккумуляторная батарея состоит из отдельных элементов. Изготовьте один такой элемент. Возьмите листовой свинец толщиной 5-6 мм. Если у вас свинец только в виде слитков, сделайте из форму, высушите ее и отлейте пластины нужной вам толщины, разогрев свинец на плите или горелке. У пластин должны быть плечики, на которых они будут держаться на верхнем краю банки. Чтобы не заниматься пайкой, при отливке пластин можно сразу положить в форму куски зачищенного от изоляции медного провода, который в дальнейшем будет использоваться для соединения с зарядным устройством или потребителем энергии.
Установите отлитые пластины на верхних краях стеклянной банки. Банку лучше прямоугольную. Пластины не должны касаться друг друга и дна банки. Чтобы избежать замыкания, можно положить между пластинами стеклянные палочки или трубочки. Расстояние от одной пластины до другой не должно быть меньше 1 см.
Такой аккумулятор называется кислотным, поэтому в нем применяется электролит на основе серной кислоты. Электролит можно купить уже готовым, но при необходимости ничто не мешает его изготовить. Концентрированная серная кислота, которую можно найти в продаже, имеет удельный вес 1,08. Разведите ее следующим образом. На 3,5 объема воды берется 1 объем серной кислоты. В химическую посуду налейте воду, лучше всего дистиллированную. Ее можно купить в автомагазине. Подходит и дождевая профильтрованная вода. Тонкой струйкой при постоянном размешивании в воду добавьте серную кислоту. Не забывайте следить, чтобы раствор не разбрызгивался. Жидкости дайте остыть (серная кислота при растворении сильно разогревается). Плотность раствора по ареометру Боме должна составлять 21-22оС.
Подготовьте . Сразу после заливки аккумулятора его нужно будет . Залейте электролит так, чтобы уровень его был на 1 см ниже верхнего края банки и верхнего края пластин. Сразу приступите к первой зарядке, которая проводится только постоянным током. Отметьте полярность пластин знаками «+» и «-». Полностью заряженный кислотный аккумулятор должен показывать на пластинах напряжение 2,2 В.
Все механические и химические работы над аккумулятором закончены, но емкость его еще мала. Чтобы ее увеличить, проведите формовку. Подсоедините к выходным проводам электрическую лампочку и дайте аккумулятору полностью разрядиться на эту нагрузку. Проконтролируйте разряд тестером или мультиметром.
После разрядки зарядите аккумулятор «наоборот», то есть поменяв местами провода, идущие к зарядному устройству, чтобы «+» стал «-» и наоборот. Снова разрядите аккумулятор через лампочку. Эту операцию желательно проделать 15-20 раз, чтобы увеличить емкость аккумулятора примерно вдвое. Больше формовать его не стоит.
Аккумулятор желательно снабдить крышкой для предохранения электролита от загрязнения. Крышку можно изготовить из любого диэлектрика, даже из дерева, пропитанного парафином. Выводы аккумулятора желательно оформить в виде клемм или зажимов. Обязательно отметьте их полярность по завершении последнего цикла формовки. При эксплуатации кислотного аккумулятора взамен испарившегося электролита новый не доливайте, добавляйте только воду до прежнего уровня. Если вы хотите сделать батарею, соедините несколько таких аккумуляторов последовательно.
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:
- ;
- ;
- ;
- ;
-Выключатель;
-Разъем;
- ;
-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.
В интернете встречается множество идей, как можно сделать аккумулятор из подручных средств. Все они в принципе могут носить только экспериментально – познавательный характер. Каждому любителю самоделок будет интересно сделать АКБ из подручных средств.
Простейший АКБ из соды
Рассмотрим, как сделать простой аккумулятор своими руками. В качестве корпуса будем использовать небольшую пластиковую тару с крышечкой. Основными компонентами будут сода, и вода.
В тару заливается вода, и добавляется 1,5 ч.л. соды. Полученный раствор нужно перемешать. Делаем два конца из очищенных сварочных электродов. Длина каждого из них не должна превышать 7 см.
Концы каждого куска необходимо загнуть, а в крышке тары проделать два отверстия. Элементы с загнутыми концами вставляем в крышку, и накрываем тару. В интернете есть множество фото аккумуляторов своими руками, но этот самый простой вид.
Берем обычное зарядное устройство и подсоединяем к концам АКБ. Делаем пробную зарядку в течение 10 мин, и проводим замеры напряжения. Оно не будет превышать 2,5 В, и если заряжать батарею в течение 3 часов, то ее питания хватит для работы светодиода не более чем на 20 мин. Герметичность тары не допустима, иначе батарея начнет вздуваться.
АКБ из меди и цинка
Можно воспользоваться другой схемой для сборки аккумуляторов своими руками. Изготовим его из медной проволоки (пластин), и оцинкованных пластин.
Как собрать
Для начала подготовим проволоку, и удалим с нее изоляцию. Скрутим ее плотной спиралью, чтобы увеличилась площадь. Нужно нарезать несколько оцинкованных пластин одинаковых размеров. Подготовим несколько изолированных проводников, чтобы потом соединить с их помощью сеть.
В качестве раствора токопроводящей жидкости подойдет соленая вода, либо уксус. Так же понадобятся несколько одноразовых стаканчиков.
Оцинкованные пластины сворачиваем в цилиндр, и конец загибаем для того, чтобы зафиксировать там проводник. В качестве прокладочного материала будем использовать пластиковую пластину, которую можно вырезать из бутылки. Ее расположим между медным и цинковым элементом.
Далее начинается процесс сборки батареи. В результате получим последовательную цепь, из нескольких стаканчиков. Если залить элементы соляным раствором, то на выходе можно получить напряжение до 7 В. Использование раствора кислотного типа, например, уксуса, даст на выходе до 8 В.
Самый эффективный результат получится от щелочного раствора. В полевых условиях он встречается в золе. Тогда, напряжение будет равно 9,6 В. Добавляя такие элементы в последовательную сеть, можно получить нужный уровень напряжения для зарядки телефона.
Простой газовый АКБ
Рассмотрим пошаговую инструкцию, как сделать аккумулятор своими руками газового типа. Батарея отличается простотой конструкции, поэтому любой желающий сможет ее сделать.
Элементы конструкции АКБ
Потребуются следующие компоненты:
- Тара с крышкой;
- Стержень угольный;
- Уголь активированный;
- Соляной раствор (15%);
- Клемма с пробкой;
- Мешочки активированного угля.
Это те элементы, из которых можно сделать простой аккумулятор. Подготовленная тара не должна пропускать свет, иначе батарея быстро разрядится. В нее наливают раствор электролита из пищевой соли.
Туда же опускают электроды состоящих из угольных стержней. Вокруг каждого электрода размещается активированный уголь в мешочке.
Каждый мешочек нужно хорошо прижать к электроду с помощью ниток. Активированного угля в мешочке должно быть столько, чтобы слой между электродом и мешочком был 1,5 см.
ВАЖНО! Чтобы улучшить работу АКБ, в 1 л раствора электролита добавляют 1 г борной кислоты, и сахара не более 2 г.
Заряжают такой аккумулятор до 12ч, а на каждую банку отводят по 4,5В постоянного тока. Когда газы начнут интенсивно выделяться, это значит, зарядка закончилась.
Пробку в процессе зарядки закрывать не следует, потому что выделяющиеся газы могут выплеснуть из банок раствор электролита. Для качественной работы его следует менять раз в неделю.
Уход за самодельным АКБ
Можно дать несколько полезных советов по обслуживанию аккумуляторов самодельной конструкции:
- Нельзя использовать емкость с прозрачными стенками.
- Для любого аккумулятора нужна дистиллированная вода, использовать воду другого типа недопустимо, она имеет повышенную минерализацию.
- Чтобы сделать правильный 15% раствор соляного электролита, нужно растворить 5ст.л. соли в 1л воды.
Полученная конструкция достаточно работоспособна. Единственный минус в сильном саморазряде, и высоком внутреннем сопротивлении.
Фото аккумуляторов своими руками
