Методы восстановления химических источников тока. Особенности некоторых видов гальванических элементов и их краткие характеристики Схему для зарядки гальванических батареек

Как зарядить аккумуляторы для электронных устройств в походных условиях?

К сожалению, практически все устройства, называемые мобильными, на самом деле сильно зависят от розетки. Особенно это актуально при многодневных туристических походах, когда уже через пару-тройку дней полезные гаджеты (телефоны, рации, навигаторы, плееры и пр.) постепенно превращаются в нерабочий бесполезный хлам.

Хорошо если туристы позаботились о специальном снаряжении: дополнительные аккумуляторы, походные солнечные батареи, генераторы и т.п. А если нет? Между тем, существует довольно простой способ получить электрический ток достаточный для работы простейших электронных устройств прямо на месте и без больших затрат.

Принцип работы данного источника тока основан на том, что некоторые металлы образуют между собой т.н. гальванические пары. Если два электрода из таких металлов поместить в электролит, они начнут вырабатывать электрический ток.

При устройстве такого простейшего элемента можно использовать в качестве электродов любые медные (латунные, свинцовые) и железные (цинковые, алюминиевые) отрезки проволоки, а лучше — пластины. Больше площадь взаимодействия — больше ток. А в качестве электролита подойдет сырая земля (грунт), которую лучше пропитать солевым раствором. Грубо говоря, ток может вырабатывать и лопата, воткнутая в грядку, но лучше систему электродов поместить в отдельную герметичную емкость, куда и насыпается грунт.

Разумеется, напряжение такого элемента невелико — 0,5-1 вольт. А ток, который он вырабатывает 20-50 мА. Но что нам мешает сделать несколько таких элементов и соединить их последовательно! Таким образом, мы достигнем необходимого напряжения, достаточного для зарядки аккумулятора мобильного телефона или другого устройства.

Кроме того, для достижения требуемого напряжения можно поэкспериментировать с размером (площадью поверхности) электродов, материалом (металлом) из которого они сделаны, концентрацией соляного раствора и заменой поваренной соли на, скажем, медный купорос и т.д.

Разумеется, такой элемент имеет невысокий КПД. Но! Во-первых, он крайне дешев и делается из материалов, которые валяются под ногами — (проволока, обрезки труб, пластины металла). Во-вторых, он не требует обслуживания после его изготовления. Один раз сделал и пользуйся весь сезон. Ну, разве что необходимо поддерживать влажность грунта. В третьих – он очень прост в изготовлении и может быть воспроизведен за несколько минут на каждой новой стоянке, что немаловажно для туристов. Разбили стоянку, воткнули электроды в землю, полили соленой водой и извольте заряжаться. За ночь аккумуляторы фонариков, мобильных телефонов, раций, фотоаппаратов и навигаторов получат необходимую подпитку.

Такими элементами пользовались еще на заре электроники, когда батареи были очень дефицитны и дороги. Теперь же с появлением весьма экономичных и низковольтных электронных приборов массового пользования они возможно кому то снова смогут принести пользу.

Электропитание РЕГЕНЕРАЦИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И БАТАРЕЙ И. АЛИМОВ Амурская обл.
Идея восстановления разряженных гальванических элементов подобно аккумуляторным батареям не нова. Восстанавливают элементы с помощью специальных зарядных устройств. Практически установлено, что лучше других поддаются регенерации наиболее распространенные стаканчиковые марганцево-цинковые элементы и батареи, такие, как 3336Л (КБС-Л-0,5), 3336Х (КБС-Х-0,7), 373, 336. Хуже восстанавливаются галетные марганцево-цинковые батареи "Крона ВЦ", БАСГ и другие.
Наилучший способ регенерации химических источников питания - пропускание через них асимметричного переменного тока, имеющего положительную постоянную составляющую. Простейшим источником асимметричного тока является однополупериодный выпрямитель на диоде, шунтированном резистором. Выпрямитель подключают к вторичной низковольтной (5-10 в) обмотке понижающего трансформатора, питающегося от сети переменного тока. Однако такое зарядное устройство имеет невысокий к. п. д.- приблизительно 10% и, кроме этого, заряжаемая батарея при Случайном отключении напряжения, питающего трансформатор, может разряжаться.
Лучших результатов можно добиться, если применять зарядное устройство, выполненное по схеме, представленной на рис.
1. В этом устройстве вторичная обмотка II питает два отдельных выпрямителя на диодах Д1 и Д2, к выходам которых подключены две заряжаемые батареи Б1 и Б2.

рис. 1
Параллельно диодам Д1 и Д2 включены конденсаторы C1 и С2. На рис. 2 показана осциллограмма тока, проходящего через батарею. Заштрихованная часть периода - это час, в течение которого через батарею протекают импульсы разрядного тока.

ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

рис. 2
Эти импульсы, очевидно, особым образом влияют на ход электрохимических процессов в активных материалах гальванических элементов. Процессы, происходящие при этом, ещё недостаточно изучены и описания их нет в популярной литературе. При отсутствии импульсов разрядного тока (что бывает при отсоединении конденсатора, включенного параллельно диоду) регенерация элементов практически прекращалась.
Опытным путем установлено, что марганцево-цинковые гальванические элементы сравнительно мало критичны к величине постоянной составляющей и форме отрицательных импульсов зарядного тока. Это позволяет использовать зарядное устройство без дополнительной регулировки постоянной и переменной составляющих зарядного тока для восстановления, различных элементов и батарей. Отношение постоянной составляющей тока заряда к эффективному значению его переменной составляющей должно быть в пределах 5-25.
Производительность зарядного устройства можно повысить, включая для заряда по несколько элементов последовательно. При этом надобно учесть, что в процессе заряда э. д. с. элементов может возрастать до 2-2,1.в. Исходя из этого и зная напряжение на вторичной обмотке трансформатора, определяют число одновременно заряжаемых элементов.
Подключать к зарядному устройству батареи типа 3336Л удобнее через лампочку накаливания 2,5в Х 0,2а, играющую роль бареттера и одновременно служащую индикатором степени заряда. По мере восстановления электрического заряда батареи свечение лампочки уменьшается. Элементы типа "Марс" (373) надобно подключать без лампочки, так как постоянная составляющая зарядного тока такого элемента должна быть 200-400 ма. Элементы 336 подключают группами по три штуки,включенных последовательно. Условия заряда такие же, как и для батарей типа 3336. Зарядный ток для элементов 312, 316 должен быть 30-60 ма. Возможен одновременный заряд больших групп батарей 3336Л (3336Х) непосредственно от сети (без трансформатора) через два включенных последовательно диода Д226Б, параллельно которым включен конденсатор 0,5 мкф с рабочим напряжением 600 в.
Зарядное устройство может быть выполнено на базе трансформатора электробритвы "Молодость", пмеющего две вторичные обмотки с напряжением 7,5 в. Удобно использовать также накальное напряжение 6,3 в любого сетевого лампового радиоприемника. Естественно, то или иное решение выбирают в зависимости от требуемого максимального зарядного тока, определяемого типом восстанавливаемых элементов. Из этого же исходят, выбирая выпрямительные диоды.

ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

рис. 3
Для того, чтобы оценить эффективность данного метода восстановления гальванических элементов и батарей, на рис. 3 представлены графики разрядного напряжения для двух батарей 3336Л при сопротивлении нагрузки Rн=10 ом. Сплошными линиями показаны кривые разряда новых батареи,а пунктирными - после двадцати полных циклов разряд - заряд. Таким образом, работоспособность батарей после двадцатиразового использования ещё совершенно удовлетворительна.
Сколько же циклов разряд-заряд могут выдерживать гальванические элементы и батареи? Очевидно, это сильно зависит от условий эксплуатации, сроков хранения и других факторов. На рис. 4 показано изменение, времени разряда на нагрузку Rн=10 ом двух батарей 3336Л (кривые 1 и 2) в течение 21 цикла разряд-заряд. Батареи разряжались до напряжения не ниже 2,1 в, режим заряда обеих батарей - одинаков. В течение указанного времени эксплуатации батарей час разряда уменьшилось со 120-130 мин до 50-80 мин, то есть почти вдвое.

ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

рис. 4
Такое же уменьшение емкости допускается техническими условиями в конце установленного максимального срока хранения. Практически удается восстанавливать элементы и батареи до тех пор, пока у них не будут полностью разрушены цинковые стаканчики или не высохнет электролит. Установлено, что больше циклов выдерживают элементы, интенсивно разряжающиеся на мощную нагруэку (например, в фонариках, в блоках питания электробритв). Не следует разряжать элементы и батареи до напряжения ниже 0,7 в на ингредиент. Восстанавливаемость элементов 373 относительно хуже, так как после 3-6 циклов их емкость резко уменьшается.
О необходимой продолжительности заряда можно сделать, вывод, пользуясь графиком; представленным на рис.
4. При увеличении времени заряда более 5 часов восстановленная емкость батарей увеличивается в среднем весьма незначительно. Поэтому можно считать, что при указанных величинах зарядного тока минимальное час восстановления составляет 4-6 часов, причем явных признаков конца заряда мар-ганцево-цинковые элементы не имеют и к перезаряду нечувствительны.
Применение асимметричного тока оказывается полезным также для зарядки и формовки аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Этот вопрос, однако, ещё требует проверки на практике и может открыть новые интересные возможности аккумуляторов.
(Радио 6-72, с.55-56)

Начинающим Зарядное устройство для батареек. (016)

С этим набором вам предоставляется возможность собрать схему для зарядки разряженных гальванических элементов (батареек) размером АА (пальчик) или ААА (мини пальчик). Существуют аккумуляторы, рассчитанные на много циклов заряд/разряд и батарейки, которые согласно инструкции зарядке не подлежат. Но, батарейки тоже делятся на угольно-цинковые (солевые) и щелочные (алкалиновые). Первый вариант батареек действительно, заряжается очень слабо, но второй тип более приближен по своей структуре к аккумуляторам, и при определённых параметрах зарядного тока, их можно заряжать до 20 раз до уровня 70% их первоначального уровня.
Давно известен способ зарядки гальванических элементов асимметричным током заряд/разряд в соотношении 10/1. На этом и основана работа нашей схемы. Генератор импульсов выполнен на логических элементах микросхемы К561ЛА7 (К176ЛА7) DD1.1-DD1.3. Частота следования импульсов около 80 Гц. На транзисторах VT1 и VT2 собран ключ, усиливающий импульсы генератора по току. Если на выходе логического элемента DD1.3 напряжение низкого уровня, транзисторы VT1, VT2 открыты, и через заряжаемые элементы, подключенные к гнездам, протекает зарядный ток. При напряжении высокого уровня на выходе элемента DD1.3 оба транзистора закрыты и заряжаемые элементы разряжаются через резистор R7. Налаживание устройства заключается в подборке резисторов R6 и R7 по требуемым значениям зарядного и разрядного токов. Напряжение питания выбирают в пределах б... 15 В в соответствии с общим напряжением заряжаемых элементов. Зарядный ток выбирают исходя из (6...10)-часового режима заряда. При указанных на схеме номиналах резисторов R6, R7, схема рассчитана на питание от любого внешнего источника (блок питания, аккумулятор) напряжением 12вольт и током не менее 0,1А и зарядку одновременно двух элементов АА или ААА (одновременный заряд двух типов не допускается). Если напряжение внешнего источника отличается от 12В, необходимо будет подобрать R6 и R7 из расчёта максимального тока зарядки до 50 мА. При изменении количества и типа одновременно последовательно заряжаемых элементов, также необходимо подобрать R6 и R7. При подключении источника питания и заряжаемых элементов необходимо соблюдать полярность! Основным косвенным критерием контроля зарядки элементов является наблюдение за температурой заряжаемых элементов. Заряжаемые элементы не должны быть сильно тёплыми, что может привести к закипанию электролита с дальнейшим разрывом корпуса элементов. Нельзя долго держать батарейки разряженными.

Содержание набора 016:

1. Микросхема К561ЛА7,

2. Панелька для микросхемы DIP14,

3. Макетная плата,

4. Транзистор КТ361,

5. Транзистор КТ817,

6. Контейнер для элементов ААх2,

7. Контейнер для элементов АААх2,

8. Диод (2 шт.),

9. Резисторы постоянные (7 шт.):

R1 - 1k6 (Кч/Г/Кр),

R2 - 12k (Кч/Кр/О),

R3, R4, R5 - 1k (Кч/Ч/Кр),

R6 - 120 (IW , К12)

R7 - 470 (Ж/Ф/Кч),

10. Конденсатор 0,47Мкф,

11. Гнездо питания 6,3/2,1,

12. Вилка питания 6,3/2,1,

13. Монтажные провода,

14. Схема и описание.
Видео обзор:

Городская молодежная научно-практическая конференция

«НАУЧНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ГОРОДА - ХХ I ВЕКУ»

СЕКЦИЯ «Электротехника, электромеханика и промышленная автоматика»

Мязитов Ришат,

Учащиеся 10 класса

общеобразовательного учреждения

Средней общеобразовательной

Школы № 22 г. Сызрани

Научный руководитель: Антипова Наталья Юрьевна

Учитель физики ОУ СОШ № 22

Консультант: Антипова Наталья Юрьевна

Учитель физики ОУ СОШ № 22

Сызрань 2010 г.

Введение_______________________________________________________________ 3

Материалы и методы исследования_________________________________________ 4

Регенерация гальванических элементов _____________________________________ 5

Диагностика элементов __________________________________________________ 5

Зарядное устройство для батареи «Крона» ___________________________________ 5

Результаты исследования _________________________________________________ 7

Заключение _____________________________________________________________ 8

Приложения ____________________________________________________________ 9

Используемая литература _________________________________________________ 12

Введение

Вопрос повторного использования гальванических элементов питания марганцево-цинковой (МЦ) системы издавна волновал любителей электроники. Идея восстановления разряженных гальванических элементов не нова. На протяжении многих лет применялись самые разнообразные способы “оживления” элементов: шприцевание водой, кипячение, деформация стакана, зарядка различными токами. В отдельных случаях наблюдался всплеск электродвижущей силы (ЭДС) с последующим ее быстрым угасанием. Ожидаемой емкости элементы не набирали, а порою, они текли и даже взрывались.

В настоящее время проблема, связанная с разрядкой гальванических элементов, очень актуальна, потому что во многих приборах, которые нас окружают, они используются. Например: пульты дистанционного управления, детские электронные игрушки, всевозможные средства коммуникации и связи (мобильные телефоны, рации и т.д.), часы, переносные аудиоплееры и т.д. Также, в связи с мировым финансовым кризисом, можно легко сэкономить на батарейках путем восстановления работоспособности разряженных элементов путем их зарядки.

Как Вы уже поняли, мы предлагаем сконструировать зарядное устройство для батарейки типа «Крона».

Почему именно «Крона» спросите Вы. А просто потому, что они самые дорогостоящие из всех гальванических элементов, и соответственно экономия будет значительная.

При работе мы использовали информацию и схемы, представленные В.Богомоловым и Алимовым, находящиеся на ссылках:

соответственно.

В настоящие время восстанавливают гальванические элементы с помощью специальных зарядных устройств (Приложение 1). Практически установлено, что лучше других поддаются регенерации наиболее распространенные стаканчиковые марганцево-цинковые элементы и батареи, такие, как 3336Л (КБС-Л-0,5), 3336Х (КБС-Х-0,7), 373, 336(Приложение 2).

Материалы и методы исследования.

Цель исследования в нашей работе – всестороннее, достоверное изучение различных видов гальванических элементов, аккумуляторов, их применение в различных устройствах, максимальное время работы до разрядки и возможные пути восстановления этих элементов с помощью зарядных устройств. Изучив материал, мы решили своими силами сконструировать зарядное устройство и выяснить его работоспособность.

В своей работе мы использовали следующие материалы:

Понижающий трансформатор

Диодный мост

Конденсатор

Вольтметр

Соединительные провода

Для достижения цели в работе мы использовали методы эмпирического уровня: наблюдение, измерение напряжения на разряженной батарейке, сравнение измеренной величины с максимальным значением. Измерение напряжения проводили с помощью аналогового и цифрового вольтметров.

Экспериментально-теоретический метод позволил нам изучить теорию о назначении и принципах работы трансформатора, диода, конденсатора и применить теорию для практической цели – мы сконструировали зарядное устройство.

Регенерация гальванических элементов

Процесс зарядки должен проводиться при вполне определенном напряжении - 10-12 В. При меньшем напряжении регенерация весьма затягивается, элементы даже после 8 ...10-часовой зарядки не набирают половинной емкости. При большем же напряжении нередки случаи вскипания элементов, и они приходят в негодность.

Для питания малогабаритных транзисторных радиоприемников часто используют аккумуляторные батареи типа 7Д-0.1, являющиеся вторичными источниками постоянного тока. Начальное напряжение нормально заряженной батареи 7Д-0.1 около 9 В. Батарея считается разряженной, если ее напряжение снизится до 6,8-7 В.

Чтобы аккумуляторная батарея вновь стала работоспособной, ее надо зарядить. Для этого через нее в течение 12-15 ч пропускают ток, сила которого численно равна примерно десятой части ее электрической емкости. При зарядке батареи ее электроды соединяют с одноименными полюсами источника постоянного тока.

Диагностика элементов.

Перед тем, как производить регенерацию гальванических элементов, необходимо выполнить их диагностику и выяснить, какие элементы можно восстановить, а какие не пригодны к регенерации. Смысл диагностики элементов состоит в определении способности элемента “держать” определенную нагрузку, например, в виде резистора сопротивлением 10 Ом. Для этого к элементу подключают вначале вольтметр и измеряют остаточное напряжение, которое не должно быть ниже 1В (элемент с меньшим напряжением однозначно непригоден к регенерации). Затем нагружают элемент на 1...2с. указанным резистором. Если напряжение элемента упадет не более чем на 0,2В, он пригоден к регенерации. Диагностику производят с помощью вольтметра.

Зарядное устройство для батареи «Крона».

Вопрос повторного использования гальванических элементов питания марганцево-цинковой (МЦ) системы издавна волновал любителей электроники и актуален до сих пор, особенно в условиях мирового финансового кризиса, когда каждый, кто использует гальванические элементы может легко сэкономить на них путем восстановления работоспособности разряженных элементов путем заряда.

Как Вы уже поняли, в данной работе речь пойдет о изготовлении зарядного устройства для гальванических элементов, а именно для батареи «крона» напряжением 9 В. Почему именно крона задумаетесь Вы. А просто потому, что она самая дорогостоящая из всех гальванических элементов и широко используется в различных радиоприемниках, радиоуправляемых игрушках (Приложение 4).

Батарейка «Крона» (также PP3, E-Block) - типоразмер . Название происходит от марки выпускавшихся в угольно-марганцевых батареек этого типоразмера «Крона ВЦ».

Технические характеристики: размеры: 48,5 мм × 26,5 мм × 17,5 мм., н 9 ., типичная щелочной батарейки 625 .(Приложение 3).

Батарея «Крона» имеет ёмкость (по паспорту) 0,5 А·ч, реально (за счёт саморазряда при хранении) в два - три раза меньше. Внутреннее сопротивление батареи «Крона» (порядок) 34 Ома.

Конструктивное исполнение

Алимов И. Регенерация гальванических элементов.- Радио. 1972, №6

Иванов Б.С. Электронные самоделки.- М.: Просвещение, 1993

Справочник радиолюбителя-конструктора.- М.:Энергия, 1973

Сафонов О.А. Справочник школьника-радиолюбителя.- М.: Просвещение, 1970

О низкой эффективности заряда уже говорилось ранее. Однако если в силу тех или иных обстоятельств такой заряд желателен, то его надо проводить импульсами разнополярного тока. Вслед за импульсом тока заряда должен следовать меньший по амплитуде импульс разрядного тока противоположной полярности. Такой режим легко создать с помощью зарядного устройства, схема которого представлена на рисунке.

Асимметрия импульсов тока заряда/разряда достигается за счет различия номиналов резисторов, включенных последовательно с диодами, имеющими встречное включение. Разумеется, в зависимости от типа заряжаемых элементов (батарей) может варьироваться величина напряжения на вторичной обмотке трансформатора и номиналы резисторов. В среднем зарядный ток должен быть заметно меньше, чем ток разряда при эксплуатации элементов. Время заряда должно составлять не менее 15-20 часов, причем заряд должен обеспечивать энергию на 50 % большую, чем энергия разряда.

Ни в коем случае нельзя заряжать гальванические элементы, срок хранения которых истек. Это чревато ускоренным нарушением герметичности корпуса и вытеканием едкого электролита. Вообще сторонникам заряда гальванических элементов стоит прислушаться к печально известной поговорке - скупой платит дважды! Притом во второй раз куда больше, чем в первый, ибо, скорее всего, ему придется покупать заново уже не комплект элементов, а новый КПК взамен загубленного.

Дополнительные материалы:

• Портативное зарядное устройство является одним из лучших аксессуаров для мобильного телефона, на который вы можете потратить свои деньги. В этом руководстве, мы поможем вам выбрать Power Bank, который станет идеальным…
• Многие привыкли называть iPhone культовым телефоном, которому все нипочем. Идеальный экран, идеальный дизайн, идеальный корпус - этот гаджет разве что будущее не предсказывает.Однако ремонт Айфона все же порой требуется, что…
• Если у вас есть несколько устройств, таких как смартфон и планшет, может быть достаточно трудно отслеживать определенные аспекты их работы. Например уровень заряда аккумуляторов. Существуют методы, позволяющие привязать ваш Android…
• Повербанки становятся популярными, поскольку наши гаджеты становятся более умными и универсальными инструментами в повседневной жизни. Созданные специально для различных типов коммуникаций, таких как звонки, СМС, электронные письма и другие задачи,…
• Вы потратили приличную сумму денег на смарт-часы, а затем столкнулись с проблемой быстрого разряда батареи на устройстве? Это проблема, с которой сталкиваются многие из нас с этими гаджетами. Мы все…