Как сделать аккумулятор своими руками
Есть множество способов сделать самодельные батарейки. К сожалению, большинство самодельных аккумуляторов либо бесполезны, либо потенциально опасны и сложны в изготовлении. Батареи из лимона и картофеля, как правило, очень слабые и требуют в качестве материала скоропортящегося органического растительного материала, в конструкцию свинцово-кислотных аккумуляторов входят высокотоксичные и едкие химикаты и т.д.
Эта батарея сделана из очень простых и доступных материалов, и обладает достаточной мощностью для работы устройств. Когда традиционные батареи недоступны эта батарея будет отличным аварийным источником электроэнергии. Кроме того, ее можно легко перезарядить практически от любого источника постоянного тока, она очень легкая и, в отличие от более распространенных алюминиево-воздушных батарей, не требует воздушного потока для работы.
Инструменты и материалы:
-Алюминиевая фольга;
-Соль (хлорид калия, кальция или натрия будет работать, а бикарбонаты, карбонаты и гидроксиды — нет);
-Источник слабоактивного металла (консервные банки или медная проволока / трубки — отличный вариант);
-Бумага (писчая бумага, бумажное полотенце или туалетная бумага;
-Клей ПВА;
-Вода;
-ПВХ-труба;
-Клеевой пистолет;
-Мультиметр;
Шаг первый: дизайн и теория
Принцип работы батарей основан на химической реакции, известной как окислительно-восстановительная реакция. В окислительно-восстановительной реакции одно вещество окисляется (теряет электрон), а другое восстанавливается (приобретает электрон). Довольно просто. Любая батарейка устроена схожим образом, в ней обязательны три элемента, между которыми происходит химическая реакция, в результате которой возникает электричество: электроды — анод, катод, и электролит.
В этой алюминиево-металлической батарее две половины батареи пропитаны физиологическим раствором и разделены специальной мембраной, пропускающей только ионы натрия и хлора. Алюминий с одной стороны начинает окисляться, в то же время как медь или сталь на противоположной стороне пытаются остаться стабильными.
В принципе любая батарейка или аккумулятор это две металлические пластины, помещенные в специальное химическое вещество – электролит. Одна пластина подключается к плюсу, вторая к минусу. Пока батарею не трогают, на ней остается стабильное напряжение, например, 3 или 9 В. Стоит подключить к батарейке нагрузку, лампочку, вентилятор, как от плюса к минусу потечет ток. Напряжение начнет падать и сразу же начнется окислительно-восстановительная реакция. Электроны начнут перетекать с отрицательной (-) пластины обратно на положительную, поддерживая тем самым разность потенциалов между ними.
Реакции бывают обратимыми (аккумулятор) и необратимыми (батарейка). Т.е. в батарейке реакция необратимая и ее нельзя зарядить, а в аккумуляторе обратимая и он заряжается. Если подключить аккумулятор к зарядному устройству, ток внутри него начинает течь в обратном направлении, то есть – от «+» к «-». И реакция в электролите также начинает идти в обратном направлении. В результате, продукт реакции разлагается на исходные вещества. Аккумулятор «заряжается»
Конечно, этот процесс не бесконечен и наступит момент, когда одна из пластин разрушится и химическая реакция больше не сможет проходить.
Шаг второй: анод
Анод должен быть сделан из металла, который менее электроотрицателен, чем алюминий. Медь, сталь являются хорошими выбором, хотя медь работает лучше всего. Если использовать менее химически активный металл свинец или серебро, то они не будут работать так же хорошо. Мастер использовал короткую медную трубу, которую скрутил в цилиндр. Поскольку это батарея размера D, он обрезал анодный до высоты обычного D-элемента. Диаметр был немного меньше внутреннего диаметра секции трубы из ПВХ из которой будет сделан корпус элемента.
Шаг второй: мембрана
Чтобы сделать ионообменную мембрану, нужно обернуть только что сделанный анод бумагой или другим тонким абсорбирующим материалом. Затем погрузить конструкцию в соленую воду. Вместо обычной соли можно использовать например, хлорид калия, нитрат или сульфат щелочного металла. Соли кальция и магния не будут работать, поскольку соединения меди и железа с этими ионами в реакцию не вступают.
После замачивания нужно нанести на всю бумажную часть клей ПВА. Это предотвратит проникновение большей части растворимых солей меди / железа на катодную сторону батареи. Дальше нужно дать клею высохнуть и снова пропитать в растворе соли. Более быстрый способ отверждения клея, заключается в погружении покрытой клеем мембраны в раствор тетрабората натрия (бура), который почти немедленно полимеризует клей ПВА и помогает увеличить его ионную проводимость.
Шаг третий: катод
Еще одной важной частью этой батареи является алюминиевый катод. Это самый простой шаг, нужно просто оберните мембрану алюминиевой фольгой. Убедитесь, что алюминиевая фольга не соприкасается с медным или стальным анодом.
Шаг четвертый: корпус
Теперь нужно отрезать пластиковую трубу и поместить внутрь батарею. С торцов батарея фиксируется термоклеем. Полностью закрывать батарею ненужно поскольку внутри будут проходить химические процессы и
будет образовываться небольшое количество газа.
Шаг пятый: зарядка и проверка
Аккумуляторная батарея готова, но ее нужно зарядить. Можно использовать практически любой источник постоянного тока, если ток не слишком велик (до 5 А). Чтобы зарядить аккумулятор, нужно подключите анод к плюсу зарядного устройства, а катод к минусу. Во время зарядки ток начнет уменьшатся по мере того, как батарея набирает заряд. Это является хорошим признаком, и говорит о том, что батарея работает правильно. После зарядки нужно проверить аккумулятор мультиметром. Используя медный анод, мастер получил максимальное напряжение 1,44 В после скромного цикла зарядки. Максимальный ток, который он получил от батареи, был большим для такой самодельной батареи — 1.2 А. Для сравнения, лимонные или картофельные батареи обычно выдают в лучшем случае всего несколько миллиампер. Коммерческая батарея D-cell может выдавать ток более 5А.
Так же мастер провел тест, в котором сравнил свою батарею с настоящим D-элементом на 1,5 В. Обе батареи тестировались с небольшим двигателем постоянного тока. При этом измерялся ток и скорость вращения двигателя. И самодельная и промышленная батареи показали примерно одинаковые результаты.
Конечно, этот аккумулятор не идеален. Ионообменная мембрана по-прежнему пропускает некоторые растворимые соли меди на катодную сторону батареи, где они вступают в реакцию с образованием металлической меди и нерастворимых оксидов и гидроксидов меди. Кроме того, алюминиевый катод постепенно приходит в негодность, по сути, растворяется. Но, несмотря на это, батарея очень удобна и может быть легко собрана и использована людьми в экстремальной ситуации. Увеличивая размер батареи, и подключая несколько ячеек последовательно или параллельно, можно производить или хранить очень большое количество энергии с небольшими затратами.
