Конечно, батарейку легко купить в любом магазине хозтоваров, электроники или в гипермаркете. Однако ради интересных опытов и получения знаний "школы жизни" все же стоит знать, как сделать батарейку своими руками. Тем более процесс такой работы весьма занимательный и несложный.
Батарейка из лимона: два варианта
Для первого варианта вам будет нужен:
- собственно лимон;
- оцинкованный гвоздь;
- 2 небольших отрезка медной проволоки;
- медная монетка;
- небольшая лампочка.
Процесс работы таков:
- Сделайте на фрукте два надреза на некотором расстоянии друг от друга.
- В один надрез поместите гвоздь, а в другой - монетку.
- И к гвоздю, и к монете подсоедините по кусочку проволоки. Вторые концы этого импровизированного проводка должны соприкасаться с контактами лампочки.
- И все - да будет свет!
Самодельную батарейку из кислого фрукта можно сделать и с помощью:
- одного того же лимона;
- канцелярской скрепки;
- лампочки;
- 2-х отрезков изолированной медной проволоки диаметром 0,2-0,5 мм и длиной 10 см.
Алгоритм следующий:
- Зачистите 2-3 см изоляции на концах каждой из проволок.
- Прикрепите оголенную часть одного проводка к скрепке.
- Сделайте в лимоне два надреза в 2-3 см друг от друга - по ширине скрепки и для второго проводка. Вставьте эти элементы во фрукт.
- Свободные кончики проволоки приложите к контактной части лампочки. Если она не загорелась, значит, выбранный лимон не достаточно мощен - последовательно соедините несколько фруктов между собой и повторите опыт.
Батарейка из картофеля
Запаситесь:
- двумя картофелинами;
- тремя проводами с зажимами;
- двумя хромированными гвоздями;
- двумя медными гвоздями.
Итак, как сделать батарейку из клубней:
- Дайте условное обозначение каждой из картофелин - "А" и "Б".
- В края каждого из клубней воткните по хромированному гвоздику.
- В противоположный край - медный гвоздь. В теле картошек гвозди не должны пересекаться.
- Возьмите какое-либо устройство, питающееся от батарейки, выньте ее и оставьте отсек открытым.
- Первый провод должен соединить медный штырек клубня "А" с положительным полюсом в отсеке батарейки.
- Второй провод соединяет хромированный штырек картофелины "В" с отрицательным полюсом.
- Последний провод соединяет хромированный гвоздь клубня "А" с медным гвоздем клубня "Б".
- Как только вы замкнете таким образом все провода, картошка начнет питать устройство энергией.
Картофель в этом опыте можно заменить на банан, авокадо или любой из цитрусовых.
Батарейка из фольги, картона и монеток
Перед тем как сделать батарейку, приготовьте:
- медные монетки;
- уксус;
- соль;
- картон;
- фольгу;
- скотч;
- два кусочка изолированной медной проволоки.
Все готово? За дело:
- Сначала нужно капитально очистить монетки - для этого налейте уксус в стеклянную емкость, добавьте туда же соли и засыпьте деньги.
- Как только поверхности монеток преобразились и заблестели, выньте их из тары, возьмите одну и 8-10 раз обведите ее контур на картоне.
- Вырежьте картонные кругляшки по контуру. Затем поместите их в тару с уксусом на некоторое время.
- Сложите фольгу несколько раз так, чтобы в итоге получилось 8-10 слоев. Обведите на ней монетку и также вырежьте круглые детали по контуру.
- На этом этапе начните собирать батарейку. Делается это так: медная монета, картон, фольга. В таком порядке сложите в столбик все имеющиеся у вас компоненты. Завершающим слоем должна быть только монетка.
- Снимите с кончиков проводков изоляцию.
- Отрежьте небольшую полоску скотча, приклейте на нее один кончик проводка, сверху поставьте импровизированную батарейку, на нее - кончик второго проводка. Надежно закрепите конструкцию клейкой лентой.
- Вторые кончики проволоки подсоедините к "+" и "-" устройства, которое необходимо напитать энергией.
Вечная батарейка
Приготовьте:
- стеклянную банку;
- серебряный элемент - например ложку;
- пищевую пленку;
- медный провод;
- 1 чайную ложку поваренной соды;
- 4 пузырька глицерина;
- 1 чайную ложку 6 % яблочного уксуса.
- Плотно обмотайте ложку пищевой пленкой, оставив ее верхний и нижний конец слегка оголенным.
- Теперь настало время обмотать ложку поверх пленки медной проволокой. Не забудьте оставить длинные концы в начале и в конце для контактов. Делайте пространство между витками.
- И снова слой пленки, а за ним - проволоки таким же методом. Слоев "пленка-проволока" на этой импровизированной катушке должно быть не менее семи. Не затягивайте слои чересчур - пленка должна наматываться свободно.
- В стеклянной банке подготовьте раствор из глицерина, соли и уксуса.
- После того как соль растворится, в раствор можно погружать катушку. Как только жидкость помутнеет, "вечная" батарейка будет готова к эксплуатации. Срок ее службы напрямую зависит от содержания серебра в элементе-основе катушки.
Графитовый стержень: применение
Графитовая составляющая из старых батареек - это не только основа для нового источника энергии, но и элемент, который можно использовать для электросварки. Делается это по нехитрой схеме:
- Заточите графитовый стержень из старой батарейки под углом в 30-40 градусов.
- Зажимом типа "крокодил" с токонепроводящей ручкой подсоедините его к "+" и "-" источника переменного или постоянного тока.
- К зачищенной детали подключить "0" и "-".
- Электрод по мере выгорания необходимо периодически затачивать.
Как сделать батарейку дома? Потребуются подручные материалы, немного энтузиазма и усидчивости. В обмен вы получите альтернативные источники энергии.
Александр Пехов – разработчик газовых аккумуляторов и топливных элементов снял видео про изготовление хлор-алюминиевого аккумулятора. На идею такой батареи автор натолкнулся случайно ходе экспериментов со сменой различных электролитов. Мысль пришла к нему в процессе зарядки на основе поваренной соли. Образуется хлор и едкий натр. Предположительно, натрий является минусом. Если залить вместо поваренной соли раствор едкого натрия, с хлором. Да, возможно что-то получится.Так и был найден способ изготовления хлор алюминиевого аккумулятора.
Первая экспериментальная модель собрана на скорую руку, но показала себя неплохо в работе. светится уже в течении двух недель.
Что такое хлор алюминиевая батарея.
Изучая опыт других экспериментатор в интернете, мастер обнаружил разработку такой батареи, запатентованную в семидесятых годах в США.
Конструкция и работа устройства. Работает на простом домашнем отбеливателем, белизне. На таком электролите можно сделать замечательные аккумуляторы.
Алюминий в таком растворе не разрушается, за две недели образуется только кристаллики. При этом происходит заряд разряд.
Стакан, графитовый электрод, на него намотана обычная бумага. Спиралька из крученой проволоки. Блокинг-генератор в коробке из киндера. 1 элемента не потянет светодиод, поэтому нужен такой генератор.
Как собирается батарея. Заливаем белизну в стакан. Ждём, пока пропитается. Ждем, когда загорается светодиод. Это происходит практически сразу. Светодиод на 3 вольта. Какую вещь можно сделать с раствором поваренной соли. Но срок его работы будет не длительном. Отбеливатель кардинально превосходит по времени работы.
Посмотрим, сколько вольт выдает устройство. 1,5 вольта. Только 170 миллиампер.
Мастер создал аккумулятор внушительных размеров. На ночь оставляет его включенным, утром в течении 5 минут заряжают. После зарядки устройства как-бы набирает обороты. Увеличивается вольтаж. Светит и без просадки целую ночь.
Длительные эксперименты пока не проводились. Необходимо узнать, насколько только хватит зарядки, сколько нужно алюминия, раствора.
Рассмотрим, как собрана одна ячейка аккумулятора. Конечно, если взять алюминиевый и графитовые пластины большой площади, уменьшив при этом расстояние между ними, то есть поставить мембрану, залить электролитом, увеличился бы ток и получился бы замечательный мощный аккумулятор. Если алюминия расходуется, то это будет механический перезаряжаемые устройство. Если не расходуется, то это будет просто а к б.
Как собрал элементы на скорую руку?
В наличии пластмассовая трубка. Один конец запаял пробкой от пластиковой бутылки. Для герметизации силикон. На другой стороне обрезанная горлышко. Сердцевина представляет из себя графитовый стержень, на него намотана бумага. Проклеена, чтобы не размазывается. Завернуто, чтобы электролита шел только через бумагу. Сверху скручена алюминиевая пружинка. Можно одеть трубку. В идеале желательно собрать из пластин. Пока неизвестно, будет ли разрушаться алюминий. Но эксперименты, проведённых течение 5 дней показал, что алюминий сохранил свою целостную структуру. Проверка показала, что не было никаких окислившихся или разъеденных белизной мест.
Из нескольких таких пластмассовых трубок, начиненных графитом и алюминием, залитых раствором, собрана одна большая аккумуляторная батарейка. Выдает устройство в пределах 8 вольт, просадка на 3 вольта. Только небольшой. Соединение последовательное для увеличения вольтажа.
Мнение одного из подписчиков канала: это не аккумулятор, это просто, батарейка. Если тратится 0.2 ампера. 1 Ампер – это 1 кулон/секунду, 1 кулон – это – 1,6 х 10 ¹ ⁹ электронов. Т. о. За 1 секунду будет расходоваться 0.2*1,6 х 10 ¹ ⁹ = 3.2 х 10 ¹⁸ электронов. Алюминий трех валентный, т.е. в нем возможно окислить три электрона. Т.е. число атомов алюминия, окисляемые таким образом за 1 секунду = 3.2 х 10 ¹⁸/3 =1.1 х 10 ¹⁸ атомов алюминия. Вес 1 атома алюминия = 4.48 х 10 ⁻² ³ грамма. Перемножаем вес одного окисленного Аl на число окислений в секунду 1.1 х 10 ¹⁸ * 4.48 х 10 ⁻² ³ = 0.00005 грамма Al в секунду. Вывод – проволока весом 5 грамм (проволока 26 см 3 мм в диаметре) и таким током будет окисляться 5 / 0.00005 = 100000 секунд или 27 часов или около суток.
Вторая часть
Продолжение работы ведущего канала “Александр Пехов” над этим устройством. Осознан светильник, который выдает свет на хлорке, алюминии и отбеливателе. Три дня будет светить стабильно, потом нужно менять раствор, а алюминия хватит очень надолго при нагрузке одними светодиодами. В комментариях под видео автор указал, что раствор обновлять следует 1 раз в сутки.
|
|||||||||
В современных литий-ионных аккумуляторах катоды, обеспечивающие передачу электронов от топливной ячейки до внешней цепи, обычно изготавливаются из алюминиевой или никелевой фольги порядка 20 – 30 мкм толщиной. Но, несмотря на высокую производительность, алюминиевая фольга не может эффективно собирать электроны из-за своей плоской структуры, ограничивающей плотность мощности всей батареи, построенной на основе этого материала. Данная проблема еще больше усугубляется для толстых катодов, которые порой применяются для увеличения плотности энергии аккумулятора. Кроме того, алюминий коррозирует во многих растворах электролитов, что приводит к медленной саморазрядке и общему «старению» аккумулятора.
Как утверждают американские ученые, альтернативой алюминию и никелю может стать сверхтонкий графит в виде графитовой пены. В своей последней работе группа ученых из University of Texas (США) исследовала взаимодействие ультратонкого графита и фосфата лития железа (LFP) в рамках процесса, во многом напоминающего процесс производства литий-ионных аккумуляторов.
В ходе экспериментов ученые обнаружили, что ультратонкий графит не страдает от большинства недостатков алюминиевой или никелевой фольги. Этот материал представляет собой взаимосвязанную сеть хорошо проводящих перемычек из графита (плотность которых 1,3*10 5 см -1 при комнатной температуре), в значительной степени содействующих передаче электронов проводимости внутри катода и, соответственно, повышению плотности мощности аккумулятора.
Сверхлегкая пена может выдержать большую плотность энергии и мощности, чем обычные электронные материалы, такие как алюминий и никелевая фольга. Поскольку отношение площади поверхности к объему ультратонкого графита является крайне высоким по сравнению с его массой (вещество имеет плотность порядка 9,5 мг/см 3), для производства катодов требуется гораздо меньше материала, по сравнению с эквивалентной массой необходимой алюминиевой фольги. Плотность энергии, таким образом, также увеличивается. Подсчеты показали, что максимальная удельная мощность ультратонкого графита на 23% выше аналогичного показателя для алюминия и на 170% - того же параметра для никеля.
Но и это не все особенности графитовой пены. Исследования показали, что ультратонкий графит является крайне стабильным в таких электролитах, как LiPF 6 , при потенциалах до 5В. Это означает, что батареи, созданные с помощью этого материала, не будут подвержены коррозии и, следовательно, процессу саморазряда. Это особенно хорошая новость для пользователей устройств, работающих при высоких напряжениях, в частности, электрических и гибридных автомобилей. По мнению исследователей, разработанные ими катоды из графитовой пены могут быть использованы именно в таких приложениях.
В ближайшем будущем команда планирует провести оптимизацию размера пор и толщины стенок ультратонкого графита для еще большего повышения мощности и плотности энергии. Если процесс усовершенствования закончится успехом (в чем сами ученые не сомневаются), ультратонкий графит найдет свое применение и в других приложениях, например, в топливных элементах и суперконденсаторах.
Исследовательская группа Максима Коваленко базируется в ETH Zurich и в Лаборатории тонких пленок и фотоэлектрических систем Empa. Амбициозная цель команды - создать батарею из наиболее распространенных элементов земной коры, таких как магний или алюминий, что позволило бы быстро увеличить производство аккумуляторов простым и недорогим способом. К тому же эти материалы безопасны в использовании, даже если анод изготовлен из чистого металла.
В традиционных батареях электрический ток возникает за счет катионов металлов, перемещающихся между анодом и катодом и обратно. В качестве альтернативы можно использовать большие, но легкие органические анионы. Однако это порождает ряд вопросов: в какой среде должны перемещаться эти легкие анионы и какой материал подойдет для изготовления катода? В литий-ионных батареях катод изготовлен из оксида металла, который может легко поглощать небольшие катионы лития во время зарядки. Однако большие органические ионы слишком велики и имеют заряд, противоположный заряду катионов лития.
Чтобы решить эту проблему, команда Коваленко поставила принцип литий-ионной батареи с ног на голову. В обычных литий-ионных батареях анод выполнен из графита, слои которого в заряженном состоянии содержат ионы лития. Напротив, в батарее Коваленко графит используется как катод, а крупные анионы осаждаются между слоями графена. Анод, в свою очередь, сделан из металла.
Empa / ETH Zürich
Сотрудник лаборатории Константин Кравчик обнаружил, что в качестве доступного материала для катодов может использоваться отработанный в ходе производства стали графит, так называемая графитовая спель. Так же хорошо подходит естественный графит, поставляемый в виде хлопьев и имеющий открытую молекулярную структуру, куда могут легче проникать крупные анионы. В то же время мелкозернистый графит, обычно используемый в литий-ионных батареях, не подходит для батареи Коваленко: в таком графите слои смяты, и внутрь способны проникать лишь небольшие литиевые катионы.
Батарея с катодом, изготовленным из графитовой спели или необработанных графитовых хлопьев, может стать очень рентабельной. И, как показали первые эксперименты, долговечной: лабораторный прототип в течение нескольких месяцев пережил тысячи циклов зарядки и разрядки. По словам членов команды, аккумулятор на основе хлорида алюминия и графита может эксплуатироваться в течение десятилетий в повседневном бытовом использовании. В настоящее время исследовательская группа работает над увеличением напряжения батареи и плотности энергии.
Многие считают, что будущее автомобилестроения именно за электрокарами. За границей существуют законопроекты, по которым часть ежегодно продаваемых автомобилей должны либо быть гибридами, либо работать на электричестве, поэтому деньги вкладываются не только в рекламу таких авто, но и в постройку заправок.
Однако многие люди все-таки ждут, когда электрокары станут настоящими соперниками традиционным автомобилям. А может, это будет, когда время зарядки уменьшится, а время автономной работы увеличится? Возможно, в этом человечеству помогут графеновые аккумуляторы.
Что такое графен?
Революционный материал нового поколения, самый легкий и прочный, самый электропроводящий - все это о графене, который является не чем иным, как двумерной углеродной решеткой толщиной в один атом. Создатели графена, Константин Новоселов и получили Нобелевскую премию. Обычно между открытием и началом практического использования этого открытия на практике проходит продолжительное время, иногда даже десятки лет, однако графен такая участь не постигла. Возможно, это связано с тем, что Новоселов и Гейм не утаили технологию его производства.
Они не только рассказали о ней всему миру, но и показали: есть видео на YouTube, где Константин Новоселов подробно рассказывает об этой технологии. Поэтому, возможно, скоро мы сможем даже делать графеновые аккумуляторы своими руками.
Разработки
Попытки применения графена были практически во всех областях науки. Его пробовали в солнечных батареях, наушниках, корпусах и даже пытались лечить рак. Однако на данный момент одна из самых перспективных и нужных человечеству вещей - это графеновый аккумулятор. Напомним, что при таком неоспоримом преимуществе, как дешевое и экологичное топливо, электромобили имеют серьезный недостаток - относительно небольшую максимальную скорость и запас хода не более трехсот километров.
Решение проблемы века
Графеновый аккумулятор работает по тому же принципу, что и свинцовые с щелочным или кислотным электролитом. Этим принципом является электрохимическая реакция. По устройству графеновый аккумулятор схож с литиево-ионным с твердым электролитом, в котором катодом является угольный кокс, близкий по составу к чистому углероду.
Однако уже сейчас среди инженеров, разрабатывающих графеновые аккумуляторы, есть два принципиально разных направления. В США ученые предложили делать катод из пластин графена и кремния, перемежающихся между собой, а анод - из классического кобальта лития. Российские инженеры нашли другое решение. Токсичная и дорогая литиевая соль может быть заменена более экологичным и дешевым оксидом магния. Емкость аккумулятора увеличивается в любом случае за счет повышения скорости прохождения ионов от одного электрода к другому. Это достигается вследствие того, что графен обладает высоким показателем электрической проницаемости и способностью к накоплению электрического заряда.
Мнения ученых относительно инноваций разделяются: российские инженеры утверждают, что графеновые аккумуляторы имеют емкость в два раза больше, чем литий-ионные, а вот их зарубежные коллеги утверждают, что в десять.
Графеновые аккумуляторы запущены в массовое производство в 2015 году. К примеру, этим занимается испанская компания Graphenano. По словам производителя, использование этих аккумуляторов в электрокарах на логистических площадках показывает реальные практические возможности батареи с графеновым катодом. Для полной зарядки ему требуется всего восемь минут. Максимальную длину пробега также способны увеличить графеновые аккумуляторы. Зарядка на 1000 км вместо трехсот - вот что хочет предложить потребителю корпорация Graphenano.
Испания и Китай
С Graphenano сотрудничает китайская компания Chint, которая купила 10 % акций испанской корпорации за 18 миллионов евро. На совместные средства будет осуществляться постройка завода с двадцатью производственными линиями. Проект уже получил около 30 миллионов инвестиций, которые будут вложены в установку оборудования и наем сотрудников. По первоначальному плану завод должен был начать выпускать около 80 миллионов батарей. На начальном этапе основным рынком должен стать Китай, а затем планировалось начало поставок в другие страны.
На втором этапе компания Chint готова инвестировать 350 миллионов евро для постройки еще одного завода, на котором будет около пяти тысяч сотрудников. Такие цифры неудивительны, если учесть, что суммарный доход будет составлять около трех миллиардов евро. К тому же Китай, известный своими проблемами с экологией, будет обеспечен экологичным и дешевым "топливом". Однако, как мы можем наблюдать, кроме громких заявлений, свет не увидел ничего, только тестовые модели. Хотя корпорация Volkswagen тоже объявила о своем намерении сотрудничать с Graphenano.
Ожидания и реальность
На дворе 2017 год, а это значит, что Graphenano занимаются "массовым" производством аккумуляторов уже два года, однако встретить электромобиль на дороге - большая редкость не только для России. Все характеристики и данные, обнародованные корпорацией, довольно неопределенны. В целом они никак не выходят за рамки общепринятых теоретических представлений о том, какими параметрами должен обладать графеновый аккумулятор для электромобиля.
К тому же до сих пор все, что было представлено как потребителям, так и инвесторам, - это только компьютерные модели, никаких настоящих прототипов. Добавляет проблем и то, что графен - материал, который очень дорог в производстве. Несмотря на громкие заявления ученых о том, как его можно будет "печатать на коленке", на данном этапе снизить удается только стоимость некоторых компонентов.
Графен и мировой рынок
Сторонники всяческих теорий заговоров скажут, что никому не выгодно появление такого автомобиля, потому что тогда нефть уйдет на задний план, а значит, сократятся и доходы от ее добычи. Однако, скорее всего, инженеры столкнулись с какими-то проблемами, но не хотят это афишировать. Слово "графен" сейчас на слуху, многие считают его поэтому, возможно, ученым не хочется портить его славу.
Проблемы в разработках
Однако дело может быть и в том, что материал действительно инновационный, поэтому подхода требует соответствующего. Возможно, аккумуляторы с использованием графена должны быть принципиально отличными от традиционных литий-ионных или литий-полимерных.
Существует и еще одна теория. Корпорация Graphenano заявила, что новые аккумуляторы заряжаются всего за восемь минут. Специалисты подтверждают, что это действительно возможно, только мощность источника питания должна быть не менее одного мегаватта, что возможно в тестовых условиях на заводе, но никак не в домашних. Постройка достаточного количества заправок с такой мощностью будет стоить огромных денег, цена одной подзарядки будет довольно высока, поэтому графеновый аккумулятор для авто не принесет никакой выгоды.
Практика показывает, что революционные технологии достаточно долго встраиваются в мировой рынок. Необходимо провести множество тестов, чтобы убедиться в безопасности продукта, поэтому выход новых технологических устройств порой затягивается на долгие годы.
