Самодельные батарейки своими руками
1. Батарейка из термопары
Установка (батарейка из двух проводов) использует эффект появления ЭДС в
цепях, состоящих из различных металлов или полупроводников.
Возьмем два электрических проводника, которые изготовлены из разных
металлов, и спаяем их концы. Теперь при нагревании одного и охлаждении
другого конца в цепи проводников - термоэлементов (термопар) потечет
электрический ток. Созданная ЭДС будет зависеть от разницы температур, а
также от подбора материалов, составляющих термоэлемент. КПД таких
преобразователей не превышает 5-6%. Максимальная температура, до которой
можно нагревать термопару, определяется точкой плавления элементов. К
примеру, пару медь - константен можно нагревать до 350 градусов, сталь -
константан до 315... 649 градусов - в зависимости от диаметра
проволоки, а пару хромель - алюмель до 700... 1152 градусов. Для
увеличения КПД, как вы понимаете, надо максимально увеличить разницу
температур между холодным и горячим спаем. Но при этом при подборе пар
надо учитывать теплопроводность материалов.
Лучше, если соотношение между средней теплопроводностью и средней
электропроводностью будет минимальным.
При подборе материалов удобно пользоваться таблицей, приведенной ниже.
Лучше выбрать те из них, что максимально удалены а столбце друг от
друга. Например, сталь (наверху), константан (внизу) дадут хорошие
результаты, а медь и серебро - малоактивные элементы. Пара сурьма-висмут
наилучшая, но практически недоступна любителю. Хотя и дает она самое
большое термоэлектрическое напряжение - около 112 мкВ/град., материалы
слишком специфичны и редки.
Кроме того, каждый материал, указанный в таблице, обладает отрицательным
потенциалом по отношению ко всем другим, находящимся выше. Например, в
паре сталь - константен сталь будет иметь относительный потенциал плюс, а
константан - минус. В термопаре хромель - алюмель хромель имеет плюс, а
алюмель минус.
Для изготовления батареи потребуются два куска проволоки (стальной и
константановой) диаметром 1,3 мм, длиной 18 м каждый. Концы каждого
элемента зачищают и скручивают вместе, затем сваривают. Элементы крепят
на асбоцементной панели (рис. 1). При проверке отдельные термопары
должны давать ток около 22 мА от нагревания спичкой и около 30 мА при
нагревании спиртовой горелкой. При нормальном горении спиртовки батарея
даст 1,5 В при тоне 0,3 А (рис 2). Изготовив набор таких батарей и
соединив их параллельно, можно получить постоянный электрический ток
мощностью, достаточной для питания транзисторного приёмника и схожих
электроприборов. Надо лишь помнить о том, что при последовательном
подключении растёт внутреннее сопротивление батареи.
Набор, состоящий из нескольких батарей, можно использовать с керосиновой
лампой, металлической печной трубой или другими похожими источниками
тепла.
2. Батарейка из фруктов и овощей
Чтобы сделать гальванический элемент нам необходимо: два электрода, окислитель, восстановитель и электролит.
Возьмем три пластинки: медную, железную и магниевую - они будут служить электродами.
Чтобы измерить напряжение, нам необходим вольтметр, для этих целей вполне подойдет
цифровой (или аналоговый) тестер. А в качестве "стакана" с электролитом мы используем
большой и красивый... апельсин. Сок фруктов и овощей содержит растворенные электролиты -
соли и органические кислоты. Их концентрация не очень высока, но нас это вполне устраивает.
Итак, положим апельсин на стол и воткнем в него три наших электрода (медный, железный и магниевый).
К каждому из электродов предварительно прикрепите по проводку (для этого удобно пользоваться
"крокодильчиками"). Теперь присоедините контакты тестера к медному и железному электроду.
Прибор покажет напряжение около 0.4-0.5 В. Отсоедините контакт от железного электрода и
подключите его к магниевому. Между медным и магниевым электродами возникнет разница потенциалов
около 1.4-1.5 В - примерно как у "пальчиковой" батарейки. И наконец, гальванический элемент
железо-магний даст напряжение около 0.8-0.9 В. Если поменять контакты местами, то показаниях
прибора изменится знак ("+" на "-" или наоборот). Другими словами, ток потечет через вольтметр
в противоположном направлении.
Вместо апельсина можно использовать грейпфрут, яблоко, лимон, луковицу, картофель
и многие другие фрукты и овощи. Любопытно, что батарейки из апельсина, яблока,
грейпфрута и луковицы давали довольно близкие значения напряжения - разница не
превышала 0.1 В. Восстановителем в нашем случае служит железо или магний,
окислителем - ионы водорода и кислород (которые содержатся в соке).
Обратите внимание, что железо в гальваническом элементе медь-железо заряжено
отрицательно, а в элементе железо-магний - положительно. Если у вас нет магния,
эксперимент можно провести и с двумя электродами - медным и железным. Вместо
железа можно взять цинк или кусочек оцинкованной жести. Цинковый электрод должен
дать большую разность потенциалов с медью и меньшую с магнием.
В случае цитрусовых, эксперимент выглядит особенно красиво, если разрезать плод поперек,
так, чтобы были видны "дольки" и вставить в них электроды (обычно так разрезают лимон).
Если плод разрезать вдоль, это будет выглядеть не так эффектно.
Приведенные цифры не следует воспринимать как абсолютные. Напряжение нашей батарейки
зависит от концентрации ионов водорода (а также - других ионов) в соке фруктов и овощей,
скорости диффузии кислорода, состояния поверхности электродов и других факторов. Напряжение
сделанной вами батарейки может значительно отличатся от того, что наблюдалось в данном эксперименте.
Можно соединить несколько фруктовых батареек последовательно - это увеличит напряжение пропорционально
количеству взятых фруктов.
Для
батарейки из картошки подойдут те же самые материалы, но она даёт
меньше напряжения по этому рекомендуется внутрь картошки добавить
немного соли, эффект будет намного больше.
3. Батарейка из кофе (Nespresso батарейка)
В попытке показать миру важность сбора и утилизации ценных алюминиевых
материалов, дизайнеры Mischer 'Traxler из Вены разработали аккумуляторы
от 700 использованных алюминиевых баночек и кофейной гущи для питания
кварцевых часов. Разработанную конструкцию назвали «Nespresso Battery»,
установка изготовлена из старых алюминиевых баночек, кофейной гущи,
полосок из меди и соленой воды.
На фото снизу:
- часы, как испытательный прибор
- соль
- молотый кофе
- провода
- медные пластины
- алюминиевые пластины
- стакан
- пластиковый разделитель из бутылки
В
стакан кладём медную пластину (текстолит, монета, толстая проволока) и
алюминиевую нарезку (из пивных банок). Чтобы медь с алюминием не
соприкасались, ставим между ними разделитель из любого диэлектрика
(пластик от бутылки, кофейная гуща), при этом он не должен мешать
свободному протоку воды. К пластинам подсоединяем провода, один к медной
и один к алюминиевой. Теперь возьмём воды и добавим туда несколько
ложек соли, перемешаем их до полного растворения соли. Наливаем этот
раствор в стакан. Всё батарейка сделана.
Каждая батарея производит достаточно энергии для электромеханических
кварцевых часов. А 17-и батарей достаточно для работы
небольшого радио. Устройство является одним из трех победителей в
конкурсе, озаглавленном «Устойчивость дизайна».
Кофейная
гуща тут чисто для антуража, и чтобы можно было дать красивое название.
А так её функция может быть использована для разделения проводников,
можно вовсе отказаться от кофейной гущи.
4. Багдадская батарейка(Парфянская батарейка)
Небольшой парфянский сосуд был найден в Хужут-Рабу, в окрестностях
современного Багдада (ныне Ирак), некогда являвшегося частью западных
территорий Большого Ирана. В июне 1936 г. возле Багдада прокладывали
новую железную дорогу — и рабочие обнаружили древнее захоронение.
В процессе последующих раскопок выяснилось, что оно принадлежит
к парфянскому периоду (ок. 250 г. до н.э. — 250 г. н.э.).
Одна из находок представляла собой глиняный сосуд с «пробкой»
из асфальта. Сквозь «пробку» проходил железный стержень. Внутри сосуда
стержень был опущен в медный цилиндр.
Впервые этот сосуд был описан немецким археологом Вильгельмом Кёнигом
в 1938 г. — он посчитал его очень похожим на электрическую батарею,
и опубликовал статью на эту тему в 1940 г.
По
схожему принципу можно собрать свою батарейку. Берём "сосуд", который
можно сделать из: глины, пластилина, бутылки, банки, стакана, вставляем в
неё медную пластину закрученную в цилиндр, в этот цилиндр вставляем
никелированный гвоздь. Эти пластина и гвоздь являются электродами, они
должны немного выглядывать из банки. Для их закрепления в корпусе
"сосуда" можно использовать: клей эпоксидный, пластилин, замазку для
окон и т.д.
Теперь надо сделать электролит. Он может быть
щелочной или кислотный. Для щёлочи надо сделать концентрированный
раствор из: вода + соль или вода + сода. Для кислотного подайдёт
разбавленная уксусная, щавелевая кислота в воде или можно использовать
сок цитрусовых.
Заливаем электролит внутрь банки и тщательно закупориваем "сосуд". Всё Багдадская батарейка готова.
При наполнении такой модели электролитом, она может давать напряжение. В целом,
в зависимости от вида электролита, напряжение, даваемое «батарейкой»,
варьируется от 0,5 до 2 вольт.
К сожалению, в связи с уничтожением множества иранских литературных
источников и библиотек во время вражеских вторжений на территорию Ирана
на протяжении столетий, не сохранилось никаких письменных сообщений
о том, для чего именно служили такие сосуды. Все, известное нам о них
сегодня — это только догадки.
5. Солнечная батарея
Начитавшись в безграничных просторах интернета про самодельные солнечные
элементы, я решил провести свои "эксперименты" в этой области. Я
расскажу вам о самом простом способе изготовления солнечных батарей
своими руками.
Для начала я решил определиться с элементной базой. Для солнечного
элемента нам надо P-N переходы. Они есть в диодах и транзисторах. Решено
было выбрать кремниевые транзисторы КТ801. Они выпускались в
металлическом корпусе и поэтому их можно открыть не портя кристалл.
Достаточно надавить пассатижами на крышку и она отломается.
Теперь разберёмся в параметрах. При среднем дневном освещении, каждый
наш транзистор выдаёт 0.53В (База - плюс, а Коллектор и Эмиттер -
минусы). А дальше идёт один нюанс. Транзисторы 1972 года выпуска имеет
большой белый кристалл, и выдают около 1.1мА. Транзисторы с 1973 по
1980гг. выпуска имеют большой кристалл с зелёным покрытием, и выдают
около 0.9мА. Транзисторы выпускаемые позже имеют маленькие кристаллы и
выдают всего 0.13мА.
Для эксперимента я использовал батарею из двух параллельных цепочек по 4
транзистора. Под нагрузкой она выдавала около 1.8В, 2-2.5мА. Это
довольно скромные параметры, зато как говорится "на халяву". Питать
такой батарейкой можно китайские наручные часы, или зарядить аккумулятор
и питать светодиод, жучок и др.
Для удобства крепления и измерений можно закрепить транзисторы на
печатной плате как на рисунке ниже. Моё устройство выполнено навесным
монтажом, так как это ускоряет сборку.
6. Монетно-энергетическая батарейка
Вроде бы конструкция стандартна, цинково-медные контакты и подсоленная вода, но тут интересна сама конструкция батарейки.
Нам понадобится:
- лоток для льда
- монеты из меди/медного сплава
- монеты из никеля/алюминиевой бронзы/цинка
- скрепки
- соль
- вода
- светодиод (для проверки)
Чтобы
получить батарею, необходимо соединить монеты в электроды и залить их
электролитом. В каждой ячейке лотка необходимо разместить две монеты из
разных сплавов, например медную и никелевую. Далее соединяем
последовательно все ячейки с помощью скрепки. Прижимая к одной стороне
стенки медную монету, а с другой никелевую закрепляем их скрепкой. После
этого в каждый лоток необходимо залить электролит: соль+вода. Обратите
внимание на концы лотка, так как ячейки идут в два ряда то, с одной
стороны нам надо их соединить, а с другой должно остаться без
соединения.
Теперь проверяем работоспособность батареи с помощью диода или мультиметра, для этого замыкаем им две не соединённые ячейки.
Одна
ячейка производит электричество напряжением 0,5 в, а соединённые в одну
батарею - 2 в и 110 мА. По этому желательно один электролит на все
ячейки, а не разнородный.
Особенности:
1. Ячейка должна быть полностью залита электролитом, но контакт должен быть только с монетой, а не скрепкой.
2. Одна из пар ячеек не должна замыкаться между собой.
3. Цинковые монеты используются в качестве положительных электродов, а медные - отрицательные.
4. Монеты должны быть из разных металлов/сплавов (медь и никель), желательно так же отсутствие одинаковых примесей в сплавах.
Чтобы узнать из какого металла делают современные монеты в России, заглянем сюда.
7. Самодельный аккумулятор
Теперь 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 валериановых
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 плоскогубцев.
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.
8. Адаптер-переходник на постоянном токе
Имея немного свободного времени и
желания, легко собрать из подручных материалов переходник-адаптер для
питания различных гаджетов от внешнего источника питания. Что
понравилось в данной статье, так это простота такого адаптера. Опишу подробнее технологию изготовления.
Думаю, она окажется полезной кому-то ещё, тем более, что ничего сложно
здесь нет абсолютно.
За материалом даже никуда не ходил. Как
раз на столе валялась старая карточка МТС. Не зря же сто рублей платил.
Померил, в аккурат подходит для изготовления модели одного аккумулятора
для фотика.
Раскройка картона:
Подключил, всё заработало.
Пока обнаружилось только одно неудобство - провод.
Толстый, тянется к фотоаппарату и к "вампирчику" Поэтому задумал
пристроить к камере такой же аккумулятор, как в "вампирчике", только с
защитой. Кстати,
аккумуляторы с защитой здесь ставить не обязательно, т.к. фотоаппарат
уже имеет встроенный измеритель уровня заряда и при разряде аккумулятора
он просто не включится.
И не забывайте соблюдать полярность!!! |
