Самодельный литий полимерный аккумулятор. Как использование лития в батареях позволит нам получить мощный аккумулятор

Керосин. Дело в том, что литий – активный металл. На открытом воздухе он быстро окисляется. Поэтому его хранят в керосине. Мне кажется, уайт-спирит тоже подойдет..

Отвертки, плоскогубцы, шило, ножовка по металлу.

Обязательно наденьте резиновые перчатки перед вскрытием батарейки!

Начнем.
Сначала снимаем тонкую оболочку:

После того как отпилили кусок, отрываем его плоскогубцами и пытаемся снять оставшуюся оболочку кусачками.

После разгерметизации оболочки пошла сильная вонь по комнате. Так что старайтесь много не дышать этим и по возможности открыть окна.

Вот этот белый цилиндр разматываем и вытаскиваем литий (длинная серая пластинка, мягкая и сильно воняет)

Наливаем керосин в небольшую баночку и кидаем туда литий. Желательно делать это быстро, чтобы металл не успел потемнеть.

Вот все, что осталось от батарейки =)

Повторяю, запах очень сильный, так что работайте с открытыми окнами!
Собственно все. Отложим баночку в темное и прохладное место. Он нам еще понадобится для интересных опытов, которые я постараюсь выложить на днях.

P.S. Не удивляйтесь, что литий всплывает в керосине.. Плотность лития (0,534 г/см 3) меньше плотности керосина (0,805 г/см 3). Лишь поэтому я положил на него монетку, чтобы он не всплывал и не контактировал с воздухом.

Пришло время переходить на новый тип аккумуляторов в моей ветро-солнечной электростанции . Автомобильные аккумуляторы у меня к сожалению держатся всего 1 год и теряют в конце почти всю емкость. Связано это с тем что зимой, когда нет по неделе ни ветра ни солнца аккумуляторы высаживаются в ноль и в таком состоянии живут по нескольку дней, после чего их емкость необратимо снижается. Конечно можно их и не высаживать так сильно, но как то не так получается, емкость написана на каждом по 60Ач, а брать ее нельзя, поэтому и брал все что есть.

В итоге так продолжатся не должно, что?, каждый год новые аккумуляторы покупать. Можно конечно брать с запасом раз в пять, чтобы не высаживать их полностью, но и стоимость тогда умножается на пять, да и прослужат не намного дольше, производитель 5 лет обещает если аккумулятор эксплуатируется на автомобиле. То-есть если никогда не разряжается и после завода машины сразу заряжается от генератора. Значит в автономке не более трех лет так-как главное условие выполнить невозможно - не разряжать глубоко и сразу заряжать. В общем на автомобильном свинце надо ставить крест, иначе покупая дешевку в итоге переплачиваешь.

Как альтернатива есть щелочные аккумуляторы , но у них свои проблемы, такие как зарядка до 17,5вольт, КПД 55-60% всего и прочее, к то-муже цена просто космическая для акб такой древней технологии, да и срок службы обещают 8-12лет при правильной эксплуатации.

Так же есть тяговые свинцовые аккумуляторы , все в них хорошо, можно разряжать на 100%, а при разряде не более 80% отрабатывают по 800-1500циклов и служат до 10-ти лет, а некоторые как обещает производитель аж до 20-ти лет. Но сами понимаете что цена соответствует и самый дешевый тяговый стоит в три раза дороже автомобильного свинца, а качественный в 5-7раз дороже.

Выход как я думаю нашел, это lifepo4(литий-железо-фосфатные) аккумуляторы . Это по сути тот-же литий-ион (как батарейки в телефоне или ноутбуке), но химия внутри немного другая что позволило этим аккумуляторам существенно снизить эффект старения. В итоге аккумуляторы не деградируют многие годы, обещают до 12-20лет, и сохраняют свою первоначальную емкость. Отрабатывают по 1500-2000циклов при разряде на 100% без снижения емкости и продолжают работать дальше без осрбых ухудшений параметров. А если не разряжать более чем на 80% то циклируемость 5000-7000циклов.

При всем этом эти аккумуляторы полностью необслуживаемые, не имеют всяких там эффектов памяти и их не надо заряжать на 100% и гонять малыми токами до-зарядки. Если до конца не заряжать и не разряжать то этим аккумуляторам только лучше. Можно сказать идеальный аккумулятор для автономных систем так-как может неделями стоять полностью разряженным и ему ничего не будет, не-надо как щелочные тренировать циклами и прочее.

Минус lifepo4 это цена, которая сравнима с ценой хороших щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов, или качественного фирменного тягового свинцового аккумулятора. Но это если покупать у наших перекупщиков в России, если заказывать из за границы, то получается значительно дешевле, а в Китае на порядок дешевле. Еще lifepo4 как и li-ion не переносят перезарядка и переразряда, нельзя превышать напряжение каждого пакета выше 3.75 вольт при заряде, и не допускать разряда меньше 2.00 вольта, иначе аккумуляторы умрут и восстановлению не подлежат. Для контроля этих аккумуляторов устанавливается плата защиты (BMS), которая следит за состоянием аккумулятора и если что отключает его при критических значениях заряда или разряда, а так же выравнивает напряжение каждого элемента в цепочке аккумулятора. Эти платы защиты выпускаются на любые аккумуляторы 12,24,36,48,72 вольта и тд.

lifepo4 - заказ на алиэкспресс

Эти батарейки покупал на алиэкспресс, кто еще не знает это Китайский сайт по продаже всего и вся по очень дешевым ценам и доставка почтой. Сайт на русском и как заказать я думаю разберется каждый, из минусов только то что посылки идут долго, в среднем месяц, бывают теряются и повреждаются в дороге, но это по вине я думаю уже нашей почты. Ниже самая первая посылка 3 пакета по 20ач. Продавцы часто разбивают тяжелые заказы на несколько посылок чтобы уложится в вес на одну посылку не более 2кг, вот и мою посылку разбили на две, в первой 3 пакета, во второй оставшиеся 2пакета, всего первый заказ 5пакетов по цене 5400рублей .

По цене если брать мелкими партиями 1-10шт, то цена за один пакет 20ач чуть больше 1000рублей, но если брать от 20-ти и выше, то цена значительно снижается. Моя батарейка будет на 80Ач 12вольт, это 960ватт*ч электроэнергии и обойдется она мне - пакеты 20ач=16шт=17500руб.+1600рублей плата защиты= 19100рублей. Если брать например партию в 36 пакетов сразу, то выходит 24000рублей, но я не могу сразу столько купить. А так батарейка на 1кВт*ч получается 19000рублей. На эти деньги я мог бы купить 9автомобильных аккумуляторов по 60Ач, это 540Ач суммарно 6.4кВт*ч, но если брать не более 10% от емкости чтобы аккумуляторы долго служили то это всего 640ватт*ч. Ниже фото самой посылки.

>

Это фото сделано на почте, так как посылка пришла сильно измятая решил распаковать на месте, где и обнаружилось что батарейки сильно помяты с углов. Но что толку предъявлять и терять время впустую, расправил руками вмятины и пошел довольный домой, а батарейкам от таких вмятин ничего не будет, их можно хоть в трубочку свернуть, но не гарантирую, с моими все в порядке после такого как на фото выше. Ниже еще фото, пока стоял руками выпрямил почти все вмятины.

>

Уже дома произвел детальный осмотр этих батареек, немного потертые надписи гласят что производитель А123, но контактные шины видно что приварены отдельно и стыки залиты герметиком. Китайцы мне сказали что эти батарейки новые и приходят с Америки без контактных шин, которые приделываются уже в Китае, на плюс никелированная, а на минус медная. Ну будем думать что они их не откуда ни срезали припаяв новые контакты. Все равно дешевле нет, а качество и количество отработанных лет и циклов покажет время.

>

Чтобы убедится что шины приделаны отковырял герметик, ниже на фото видно что шина наложена и приварена, а место стыка замазано герметиком.

>

Теперь буду продолжать начатое и заказывать еще такие пакеты, всего пока мне надо 16 пакетов чтобы собрать батарею 12вольт 80Ач. А пока начал сборку уже имеющихся элементов. Начал с ящика для этих пакетов. Ящик сделал из фанеры толщиной 2см(какая была) и покрасил белой хреновой краской.

>

Дальше нужно было к контактным шинам как то прикрепить провода. Обошел все магазины, но очень маленьких болтиков так и не нашел и как специально ни в одном магазине электротоваров не нашлось клеммных колодок особой конструкции где уже есть мелкие болтики и стяжки. В итоге купил мощный паяльник на 100ватт и провод сечением 4квадрата. Дома я уже понял что припаять провода не получится, контактная пластина пакета не прогревается. А собрать первые четыре пакета чтобы получить батарею на 12вольт очень хотелось. В итоге зачистил провода и завернул из как в трубочку в контактные пластины, прижал плоскогубцами и поставил по две скобы из толстых пластинок. Конечно это не совсем правильно, но думаю контакт хороший и на всегда, тем более что больших токов там не будет, максимум ампер 5-10.

>

>

>

В крышке просверлил пять отверстий под болты М6 и на них соединил четыре пакета в цепочку для получения аккумулятора на 12 вольт. Это еще не законченный вариант, еще не пришла заказанная плата защиты (BMS), которая будет смонтирована под крышкой.

Болты как видно использовал обычные металлические, медных не нашлось. Но здесь нет ничего страшного, болты выполняют лишь роль зажимов для медных проводов,а провода стянуты друг с другом. Единственное это то что крайние болты выведены наружу как клеммы аккумулятора. В основном аккумулятор будет работать через плату защиты, а эти болты лишь для редкого подключения инвертора и др. Сопротивление конечно у металла выше, но думаю потери на нагреве болтов даже при токах 50-70А будут минимальными и их можно не считать так как инвертор включаю редко на электроинструмент. Но если найду, то крайние заменю на медные. Ниже фото внутренностей этого ящика-аккумулятора.

>

Пока все. Далее планирую покупать еще пакеты такие-же и докладывать в этот корпус пока не заполню его полностью, также скоро придет BMS - плата защиты и будет установлена. А пока все-таки попробую без BMC напрямую к контроллеру солнечной панели поставить и посмотреть как работает, есть ли дисбаланс ячеек, а так-же проверю реальную емкость аккумуляторов. Об этом в следующих статьях в разделе "Мой небольшой опыт".

Продолжение, часть 2, поставил аккумулятор вместо свинца и первые цифры и впечатление от работы лифера.

Я решил что свой первый пост посвящу чему-то более интересному, чем то как я докатился до такой жизни))

Мотик Suzuki SV400S "98 купленный мной прошлой осенью практически сразу захотел новый аккумулятор - тот что был моментально разряжался, не всегда включал 35-ваттную ксенонку, а стартер крутил как-то вяло и нехотя. После очередного позорного старта «с толкача» я полез по сайтам в поисках нового аккумулятора. И практически сразу закручинился - новый аккумулятор для моей Сузы от любого приличного производителя выходил не меньше 3 т.р. И это за доисторические свинцовые аккумуляторы, малоемкие, тяжелые, с низкой токоотдачей! Многим известно что у большинства свинцовых аккумуляторов есть такая малоприятная «фича» - при заявленной емкости в 12 Ач безопасно можно использовать только половину емкости, т.е. около 6 Ач. Дальнейший разряд ведет к ускоренной деградации аккумулятора и скорой его замене. Исключение составляют аккумуляторы серий «Deep Cycle» - но часто ли вы видели такую надпись?)))
Еще немного покопавшись в просторах инета я нашел более интересный вариант - аккумуляторы собранные из элементов LiFePo4.

Осторожно! Много непонятных буковок и картинок

Литий-железная химия вполне безопасна, элементы емкие и легче свинца. Многие производители также говорят про 3-4 кратное увеличение времени жизни таких батарей при условии правильной эксплуатации. И емкость элементов - честная, хорошие элементы можно разряжать почти полностью без ущерба для них и без падения токоотдачи по мере разряда! К тому же еще и более морозоустойчивые чем свинец. Нашел подходяший по размерам и параметрам вариант - Shorai LFX12A1-BS12

Скажете засада?!? Не для самодельщика))
Дальше будет много терминологии понятной моделистам, электрикам и собратьям-самоделкиным. Если что - спрашивайте в комментах меня или мучайте гугля.
Два года назад я всерьез заинтересовался возможностью сборки электровелика «с нуля», таки собрал его, и вот уже года полтора использую его по назначению. Тяговая батарея собиралась из большого количества элементов и электроники для контроля ее состояния. Вот так она выглядит без чехла:

Итак, вводные: Элементы LiFePo4, максимальная емкость в пределах габаритов свинцовой батареи, максимальная токоотдача, система контроля для долгой счастливой жизни, минимальная цена.
Перекопав еще раз дебри сети нашел несколько подходящих вариантов, а финалистами стали два из них:
A123 ANR26650M1A

номинальное напряжение 3,3в
номинальная емкость 2,3 Ач
номинальный разрядный ток 30С (69А с элемента)
максимальный разрядный ток до 60С (до 138А с элемента)
номинальный зарядный ток 10С (до 23А на элемент)
размеры 26мм х 66,5мм
вес 70гр.

И ZIPPY Flightmax 3600mAh 2S2P 30C LiFePo4 Pack

номинальное напряжение 6,6в (3,3в на каждую пару элементов)
номинальная емкость 3,6 Ач (1,8 Ач на каждый элемент)
номинальный разрядный ток 30С (54А с элемента)
максимальный разрядный ток до 40С (до 72А с элемента)
номинальный зарядный ток 2С (до 3,6А на элемент)
размеры 139мм х 21мм х 45мм
вес 262гр.

В доступный нам обьем влезает 24 элемента А123 (схема 4S6P, емкость 13,8 Ач, зарядный ток до 138А, разрядный ток 414А/828А, вес 1680гр) или 8 батарей Zippy (схема 4S8P, емкость 14,4 Ач, зарядный ток до 28,8А, разрядный ток 432А/576А, вес 2100гр).
Все здорово и радостно, но теперь начинает влиять такой важный фактор как стоимость. 24 элемента А123 обойдутся примерно в 6000р., 8 батарей Zippy в 5600р, это все с доставкой. Дофига? Вот и я так подумал.
Поэтому несколько умерил свои аппетиты и заказал 6 батарей Zippy что обошлось мне в 4200р. Параметры конечно получились поскромнее, но все еще радующие глаз - схема 4S6P, емкость 10,8 Ач, зарядный ток до 21,6А, разрядный ток 324А/432А, вес 1570гр.
А в довесок, благо все в одном магазине, взял еще вот такую мелкую шнягу, которая называемся в миру Battery Checker & Balancer

Эта мелкая приблуда будет заниматься здоровьем батарейки, иначе говоря она будет выравнивать напряжение элементов батареи относительно друг друга. Единственное «но» - тестер расчитан в первую очередь для батарей LiPo, а не LiFePo4, поэтому заряд батареи в % показываться будет неверно. Балансировке элементов это не мешает. Поэтому левый уголок экрана с указателем заряда батареи я просто заклеил - нефик сбивать с толку)
Ну и мелочевка - балансировочные кабели для тестера и защитные колпачки. Пригодицца! ©

Затем при помощи Почты России был небольшой перерыв - первая посылка ехала примерно 1,5 месяца, вторая 2,5 месяца.

Наконец все приехало, и я отбалансировал все батареи по отдельности на модельном заряднике. Это чтобы не получить небольшой «бадабум» при соединении батарей между собой. Заодно проверил емкость, стабильность напряжения на элементах при разрядке ну и вообще…

Следующий этап - пайка и сборка:
1) Спаял параллельно 2 группы по 3 батареи в каждой (2S6P + 2S6P)


с другого ракурса


Попутно все зафиксировал армированным скотчем - так надежнее и меньше шансов повредить тонкие полиэтиленовые оболочки элементов.
2) Так выглядит собранная вместе начинка батареи


Два толстых провода с разьемами нужны для последовательного соединения частей батареи между собой. Также видны балансировочные выводы 2S от каждой части.
3) Распиленый на части пластиковый воздуховод послужит жестким корпусом батареи


4) Примерка




5) Стянул все армированным скотчем до полного удовлетворения, и сделал контакты «колечками» из самих выводов (подходящих контактных колечек под рукой не оказалось)


6) Поставил балансироваться, разбег между элементами минимальный


Через пару минут все сводится к общему знаменателю

И засыпает чтобы не жрать зазря мою новую батарейку

Собсно всё, дальше батарейка была установлена в надлежащее место, и работает как ей и полагается.
Т.е. ксенон включается быстро и без противного моргания, стартер крутит как заведенный, а фары можно оставить на час-два без того чтобы они разрядили батарею до нуля. Когда поставлю противоугонку - можно также оставлять ее включенной намного дольше по времени. А еще я люблю хороший свет, поэтому в скором времени буду ставить на место 35вт ксенонки что-то получше - 55/75вт или вообще диоды. Батарея позволяет)

В следующей статье я расскажу как сделал из мощных диодов габарит/стопсигнал заменивший галогеновые лампочки.

То, что будет рассказано в данной статье, поможет многим разобраться с питанием самодельных устройств автономного типа. В ней приведена методика, по указаниям которой можно получить литий-ионные аккумуляторы любых размеров. Из учебников физики нам известно, что простым аккумулятором является устройство, состоящее из медно-цинковых пластин, между которыми присутствует электролитический раствор. Такое устройство было создано Вольтом, (хотя вопрос спорный, Луиджи Гальвани открыл эффект первым, только не смог дать этому явлению логическое объяснение).

С тех пор прошло более 200 лет, сейчас мы живем в век цифровых технологий, но аккумулятор по-прежнему остается незаменимым источником энергии, без которого не может работать не одно автономное устройство. Современные литиевые аккумуляторы нашли широкое применение в современной технике, причин на то много - легкий вес, долгий срок службы, большая емкость и многие другие параметры делают аккумуляторы незаменимыми в портативных устройствах.

Но со временем и литий-ионный аккумулятор приходит в негодность. На днях тоже самое случилось и с аккумулятором моего телефона. Аккумулятор от лицензионного производителя, поэтому прослужил очень долго и мог бы еще послужить верой и правдой, еслиб не моя дурная идея его проколоть. Дело в том, что со временем аккумулятор распух, но продолжал работать на ура, вот и было решено его проколоть. После небольшой операции аккумулятор уже стал не тем, что был раньше, резкое снижение емкости всего за неделю.

Ему на смену пришел другой аккумулятор, а тот выбросить жалко (и не нужно, вред экологии!), так что же делать с ним? Было решено создать новый аккумулятор на базе старого. Перед работой хочу предупредить - некоторые соединения лития токсичны, поэтому желательно использовать перчатки, а работу делать на свежем воздухе. Ну я как всегда нарушаю все правила по безопасности, без всяких перчаток аккумулятор был разобран прямо в гостиной комнате. Как всегда - своеобразный запах литиевых источников питания, ни с чем не спутаешь. Для резки алюминиевого корпуса был использован обычный монтажный нож и плоскогубцы.

Спустя пару минут алюминиевый капсоль был удален, пора идти дальше.

Тут начинается самая грязная работа, нужно разобрать аккумулятор. Литиевые элементы питания, как и любой другой источник напряжения, состоит из положительно и отрицательно заряженных пластин, между ними проложен слой изоляции. Теперь берем пасту от гелиевой ручки и как бы "наматываем" на пасту.

Нужно соблюдать предельную осторожность, чтобы не закоротить пластины. В процессе наматывания пластин, можно наблюдать тепловыделение, не пугайтесь так и должно быть. Далее следует обмотать заготовку скотчем, но заранее нужно очистить пластины.

На очищенные места припаиваем провода контактов. Можно просто взять два медных провода (многожильных) и просто приклеиваем к контактам при помощи того же скотча.

Один из контактов был припаян к корпусу, другой выведен наружу. Корпус следует загерметизировать, для этого я использовал универсальный клей "момент". Сразу после создания такого аккумулятора измеряем напряжение, оно лежит в пределах 2,2-2,8 вольт, в корпусе уже 2,8-3,3 вольт. На следующее утро напряжение уже в районе 3,6-3,65 вольт.

Литиевые элементы питания боятся минусовых температур, при температурах ниже нуле литий-ионный аккумулятор не заряжается вообще.

В этом видео мы будем работать с батарейкой Varta Profeshional, из которой собираемся достать металлический литий. Обычные батарейки не содержат литий, так что они не подойдут. Обязательно будьте в перчатках и не снимайте их до конца процедуры, так как химикаты в батарейках не совсем полезны.

Первая задача – убрать этикетку. Мы проводим этот эксперимент в подвале, так как в ядре содержатся все химикаты. Эта маленькая штучка построена как крепость. Смотрите внимательно, чтобы корпус не прикасался к ядру, так как может произойти короткое замыкание. Теперь плоскогубцами или кусачками вскрываем стальной корпус. Будьте уверены, что придется потрудиться. Используйте кусачки, чтобы сжать и вырвать внутренний колпачок.

Соблюдайте эти меры предосторожности при разборе литиевой батарейки. Работайте в защитных перчатках.

Вся внешняя оболочка – это негативный заряд, а внутренний колпачок – положительный заряд. Два заряда разделены внутренней подкладкой из пластмассы. Легко случайно спровоцировать короткое замыкание в батарейке, так что будьте осторожны. Если вдруг любая часть батарейки резко нагреется, значит, произошло короткое замыкание, быстро выбросьте батарейку, прежде чем она начнет вентилировать свои электролиты. Ничего не делайте с ней, пока она не остынет.

Теперь мы освободили внутреннее ядро батарейки. Продолжаем убирать стенки корпуса, чтобы добраться до верхней части. Наконец-то, мы убрали весь внешний корпус. Теперь просто вытащите ядро. А вот и оно. Теперь разматывайте его, как ролл. Сначала, внешняя защита. Сейчас разматываем само ядро. Мертвые батарейки и замкнутые будут иметь литий более низкого качества, чем тот, что в новых. Так что лучше избежать и тех, и других.

Эта фольга, покрытая черным дисульфидом железа, служит катодом и так как она нам не нужна, то просто выбрасываем ее. Теперь освобождаем металлический литий. Он сразу начнет вступать в реакцию с воздухом, так что работайте быстро. И вот он у нас – металлический литий. Вы уже можете наблюдать за тем, как литий реагирует на воздух.

Первый тест – просто поджигаем литий. Через несколько секунд вы все увидите. Чтобы поджечь его, нужно воспользоваться зажигалкой с пьезой и любой металлической подложкой. В жизни свет был таким насыщенным, что нельзя было смотреть прямо на него, будто бы смотрели на солнце. Маленький кусочек светился так ярко, что освещал все помещение. Второй тест с литием – бросаем маленький кусочек в воду. Как вы видите, происходит мощная реакция и выделяется газ.