Как сделать самодельный аккумулятор

• Различия между батарейкой, аккумулятором и АКБ
• Алгоритм создания самодельной батарейки
• Самодельная батарейка по принципу Даниэля-Якоби
• Усовершенствованный метод
• Самодельный аккумулятор
• Можно ли сделать самодельную батарею свинцово-кислотного типа?

В продаже есть элементы питания любых типов: батарейки и перезаряжаемые аккумуляторы всевозможных форм и типоразмеров, разного химического состава, емкости и напряжения. Но прирожденным изобретателям всегда интереснее создавать свои творения, а не только покупать готовые изделия.

Конечно, самодельный аккумулятор и по характеристикам, и по внешнему виду будет уступать заводским элементам питания. Исключение составляют только аккумуляторные батареи. При наличии готовых Li-ion аккумуляторов и БМС платы можно запросто сделать своими руками батарею, ничуть не уступающую заводским аналогам. Для этого достаточно иметь базовые познания в электронике и качественные комплектующие для сборки.

Что касается изготовления отдельного элемента питания – батарейки или аккумулятора – это занятие больше нацелено не на результат, а на получение удовольствие от самого процесса. В этой статье мы приведем наиболее известные схемы сборки химических источников тока – для тех, кто любит эксперименты и хотел бы изготовить простой самодельный аккумулятор своими руками.

Различия между батарейкой, аккумулятором и АКБ

Батарейкой называется гальванический элемент – одноразовый элемент питания, обеспечивающий автономную работу разных устройств. При работе батареек используется необратимая химическая реакция 2 металлов или их оксидов, которая происходит в электролите и сопровождается возникновением электродвижущей силы. Батарейки называют первичными источниками питания, т.к. протекающие в них реакции необратимы.

Аккумуляторы имеют схожий принцип работы, но используемые в них химические вещества способны восстанавливаться после заряда. Аккумуляторы работают в режиме разряд-заряд, выдерживая до 1000 циклов и более. Из-за возможности многократного использования их называют вторичными источниками питания.

Аккумуляторные батареи (АКБ) собирают из нескольких вторичных источников питания для получения нужных значений емкости, силы тока и напряжения. Аккумуляторы в сборке соединяются последовательно и параллельно. При последовательном соединении элементов суммируется их напряжение, а при параллельном – увеличивается общая емкость АКБ, повышается максимальная токоотдача и уменьшается внутреннее сопротивление.

Алгоритм создания самодельной батарейки

Эффективность источника тока во многом зависит от его состава. Электроды батарейки можно сделать из разных металлов. Но важно найти пару с подходящими электродными потенциалами: чем больше разница между ними, тем лучше.

Например, можно сделать отрицательный электрод из цинка и положительный из хрома. Но по доступности материалов более актуален положительный электрод из меди, а отрицательный – из алюминия. В идеале нужен медный стержень d=8…10 мм длиной 100–150 мм. Но для эксперимента подойдет и медный обмоточный провод d=1…2 мм длиной 1 м. Его нужно очистить от изоляции, сложить в 10 раз и скрутить.

Для изготовления отрицательного электрода оберните электрод пористой салфеткой и обмотайте сверху проволокой из алюминия. В роли электролита подойдет 15% солевой раствор, который нужно налить в емкость. Далее нужно присоединить к электродам токоотводящие провода и опустить полученную конструкцию в электролит так, чтобы провода остались сухими.

Чтобы измерить характеристики полученной батарейки, достаточно поочередно подключить к ней вольтметр и амперметр. На большие значения рассчитывать не стоит. Ориентировочно при таком эксперименте должно получиться напряжение 0,8 В и ток КЗ 10 мА.

Самодельная батарейка по принципу Даниэля-Якоби

В батарейке Даниэля-Якоби применяются электроды из меди и цинка. Каждый из них погружается в свою емкость с раствором электролита (CuSO₄ и ZnSO₄) и отделен от другого перегородкой. В упрощенном варианте, как и в предыдущем случае, используем электроды из меди и алюминия. В емкости наливаем растворы медного купороса для меди и поваренной соли для алюминия. Для увеличения силы тока необходимо увеличить площадь электродов.

Алгоритм создания батарейки таков:

1. Берем банку объемом 1 л.
2. В соответствии с диаметром дна этой банки скручиваем в плоскую спираль медную проволоку.
3. К полученной спирали припаиваем монтажный провод из меди (с изоляцией!).
4. Из алюминиевого листа формируем цилиндр того же диаметра, что и у горлышка используемой банки. По высоте он должен быть ниже ее на 40 мм. Сверху на цилиндре делаем «ушки», с помощью которых он будет держаться на горлышке.
5. На дно банки помещаем медную спираль.
6. Погружаем в банку сделанный цилиндр и подвешиваем его за «ушки», чтобы он не падал вниз.
7. На спираль из меди сыпем 30 г кристаллов медного купороса.
8. В литре воды растворяем 100 г соли. Полученный электролит осторожно наливаем по стенке банки. Он должен на 10 мм не доходить до верхней кромки цилиндра.
9. Для запуска батарейки замыкаем ее выводы примерно на 20 секунд.

В результате такого эксперимента должна получиться батарейка с напряжением 0,9 В и током 80 мА. Для улучшения ее характеристик нужно эффективно разделить электролиты и использовать медный электрод большей площади.

Усовершенствованный метод

Чтобы соблюсти условие разделения электролитов и уберечь их от смешения, сделаем ионопроводящую диафрагму. Изготовим медный цилиндр по диаметру горлышка банки. По высоте он должен быть на 50 мм ниже ее. Сверху выполним «ушки» для фиксации цилиндра на горлышке. Вместо листовой меди подойдет обмоточный провод со снятой изоляцией. Его нужно аккуратно намотать на стакан, используя оправку того же диаметра.

Алгоритм создания батарейки таков:

1. Делаем ионопроводящий стакан из простого картона – достаточно плотного, но не гофрированного. Скручиваем из него цилиндр той же высоты, что и у цилиндра из меди, но чуть меньшего диаметра.
2. Прошиваем боковую часть и пришиваем к цилиндру дно, чтобы получить стакан-мембрану. Полученные швы герметизируем водостойким клеем или другим доступным способом.
3. К верхней кромке приклеиваем картонное кольцо. Его задача – быть изолятором и не позволять стакану проваливаться.
4. По краю цилиндра выполняем 2 маленьких отверстия – под мешалку из согнутого пластмассового стержня и для заполнения водой отсека с купоросом.
5. Чтобы убедиться в герметичности стакана, заливаем в него воду или раствор соли (100г на 1 л) и наблюдаем. Если видимых протечек нет – хорошо.
6. Для получения алюминиевого электрода делаем цилиндр чуть меньшего диаметра и аналогичной высоты, тоже с «ушками» для фиксации на горлышке банки.
7. Собираем батарейку: ставим мешалку и электрод из меди, на дно сыпем 100 г кристаллов медного купороса, сверху помещаем ионопроводящий стакан. Через отверстие в кольце проводим ручку мешалки. Опускаем в стакан цилиндр из алюминия.
8. В предусмотренное отверстие наливаем воду. Она должна на 1 см не доходить до горлышка. В ионопроводящий стакан наливаем солевой раствор.

К клеммам подключаем амперметр и размешиваем купорос, пока ток КЗ станет 500–600 мА. Подключаем вольтметр и измеряем напряжение. Обычно при таком эксперименте достигается напряжение 0,9 вольт. В дальнейшем при падении тока разряда снова размешиваем купорос.

Самодельный аккумулятор

Из подручных материалов можно собрать достаточно мощный и простой газовый аккумулятор. Для этого эксперимента нужны:

• 2 угольных стержня – их можно взять из старых солевых батареек форм-фактора D (развальцевать верхний бортик, поддеть шилом и снять крышку, убрать пластиковую прокладку и вынуть графитовые стержни из плотной черной массы);
• провода;
• активированный уголь (таблетки, измельченные в порошок – около 200 г);
• непрозрачная емкость – подойдет цветной или оклеенный бумагой пластиковый стакан;
• х/б ткань для пошива 2 небольших мешочков – в каждый из них должно поместиться около 100 г активированного угля в порошке;
• иголка, нитки для шитья;
• толстый ватин в роли сепаратора;
• вода и поваренная соль для получения электролита – 100 г соли на литр воды;
• зарядное устройство на 5 В или другой источник постоянного тока с таким напряжением.

Для изготовления самодельного аккумулятора к концам графитовых стержней крепим провода-токоотводы. Уголь измельчаем в пыль и насыпаем в мешочки, вставив в них графитовые стержни. Заполненные мешочки зашиваем и плотно обматываем нитками, обеспечивая хороший контакт угля со стержнем. Помещаем электроды в стакан и разделяем толстым ватином или другим сепаратором. Наливаем солевой раствор, оставляя контакты сухими. Для зарядки полученного аккумулятора используем ЗУ от любого гаджета на 5 В. Когда уголь хорошо пропитается электролитом (через 15 минут), подключаем к клеммам зарядное устройство и наблюдаем.

При зарядке происходит электролиз электролита. В итоге на 1 электроде в порах активированного угля накапливается водород, а на 2 электроде – хлор. При заполнении пор наблюдается интенсивное выделение газов – им больше негде накапливаться, и аккумулятор «закипает». В это время напряжение на клеммах составляет 2,2–2,4 В. Емкость такого аккумулятора составляет около 1 А·ч, а ток КЗ – около 300 мА. Такие аккумуляторы не боятся полного разряда, но быстро разряжаются, даже при отключенной нагрузке.

Можно ли сделать самодельную батарею свинцово-кислотного типа?

Сделать эффективную АКБ по принципу автомобильного свинцового аккумулятора сложно. Для получения нужных характеристик выполняется литье пластин, нанесение на них оксида и диоксида свинца. Без соответствующего оборудования заниматься изготовлением таких батарей нет смысла.

Ранее в блоге VirtusTec мы рассказывали о том, как из отдельных Li-ion аккумуляторов сделать мощную батарею.