Электролит для алюминиево-ионной батареи

[yatcheh]

сухие продолговатые изогнутые комки желтоватого цвета размером от 0,5 до 1,5 см., дымящие на воздухе с резким едким запахом хлорки

 

Кстати, ето - годный хлорид алюминия! Он и должен быть желтоватым, и комочками. Если его бросить в воду - он делает громкий "пш-ш-ш-ш". Если же он белого цвета и видом - труха, то это - дрянь гидролизованная. Он может дымить, вонять, делать в воде "пш-ш" (слабенько, так, не убедительно), но растворяться в органике не будет. Обычно в покупной банке хлорида сверху всегда труха, её надо выгресть ложкой до слоя желтоватой крупки.

[dk_]

Кстати, ето - годный хлорид алюминия! Он и должен быть желтоватым, и комочками. Если его бросить в воду - он делает громкий "пш-ш-ш-ш". Если же он белого цвета и видом - труха, то это - дрянь гидролизованная. Он может дымить, вонять, делать в воде "пш-ш" (слабенько, так, не убедительно), но растворяться в органике не будет. Обычно в покупной банке хлорида сверху всегда труха, её надо выгресть ложкой до слоя желтоватой крупки.

 

Да, точно, у меня такие беловатые крошки плохо растворялись. А я думал что желтизна - это брак, а белое это самое вкусное. Ok, годного материала там еще достаточно, спасибо, буду знать.

 

делать в воде "пш-ш" (слабенько, так, не убедительно)

 

 

Не, этот убедительный, я бы даже сказал - внушающий 

[dk_]

Сохраню тут пару картинок для ЛС. Вообще было бы удобно, если бы в ЛС можно было добавлять изображения и сохранять их на сервере xumuk'а.

 

 

 

[dk_]

Ну вот, как говорится, скоро сказка сказывается. Склеил, приготовил, собрал, залил, спаял, распечатал, скрутил, подключил.

 

Исходные материалы: графитовая фольга, алюминиевая фольга, стеклоткань, канцелярский скотч, водопроводный армированный скотч, алюминиевая клейкая лента, двусторонняя клейкая лента, полиэтиленовые пакетики, изолированный медный провод (многожильный, общая толщина где-то 1,2мм):

 

 

Вот так выглядят собранные элементы в количестве четырех штук:

 

 

Это электроды в одном элементе: один катод (посредине - графитовая фольга обложенная двумя листами стеклоткани) и два анода (листы стеклоткани, обернутые алюминиевой фольгой):

 

 

Вот так все элементы выглядят сбоку:

 

 

Потом наступила очередь электролита. Электролит приготовил сначала из 25мл. ДМСО, 1гр. порошка поваренной соли (размолол в кофемолке), и 1 гр. хлорида алюминия безводного. Сначала приготовил взвесь NaCl в ДМСО а потом понемногу (~150-200мг порциями) стал засыпать хлорид алюминия, который предварительно раздавил в крупку размером 0,5 - 2мм. В общем, если хотите чтобы меньше шипело и фыркало, когда опустится на дно - тогда крошите помельче, а если хотите чтобы меньше шипело в момент соприкосновения с поверхностью жидкости - крошите по-крупнее, но потом со дна будут доноситься хлопки и вырываться мелкие облачка белого дыма со специфическим запахом. Я во время растворения еще постоянно помешивал раствор пластиковой палочкой (для кофе и чая). После растворения одного грамма я оставил электролит отстояться на сутки. Через сутки электролит расслоился на две части - прозрачную и вязкую белую, но прозрачной части было где-то около 2мм. Так что пришлось разбавить еще 15мл. ДМСО. При этом раствор довольно заметно шипел. Отстаивать еще сутки было лень, поэтому размешав начал заливать что есть. Через иголку шприца (я использую шприцы 5мл в качестве пипеток) это дело не пошло - иголка забилась белыми крошками, которые там плавали, пришлось набирать без иголки прямо через канюлю. После этого пропитал всю стеклоткань в элементах электролитом, и заклеил в пакетики:

 

 

Потом припаял две шины с разъемами к катодам и к анодам:

 

 

Вид спереди:

 

 

А потом закрутил все это дело в корпус напечатанный на трехмерном принтере из АБС пластика:

 

 

А теперь внимание вопрос: с чем у меня проблемы - с физикой, с химией или с математикой, если каждый элемент по отдельности дает 0,8В, а соединенные параллельно они, сволочи, дают 1,85В:

 

 

Может кто-нибудь знает что это за прикол такой?

 

Я вот думаю может я такой гениальный электрик, что какие-то провода на макетной плате перепутал? Сейчас сделаю схему на перемычках, чтобы не путаться в них и еще раз проверю.

Изменено 26 Июля, 2015 в 21:13 пользователем dk_

[aversun]

Мереть надо под нагрузкой, хотя бы с десяток мА, или была нагрузка? На фото не понять

Изменено 26 Июля, 2015 в 20:43 пользователем aversun

[dk_]

Мереть надо под нагрузкой, хотя бы с десяток мА, или была нагрузка? На фото не понять

 

aversun cветодиод включен (зелененький такой, справа сверху светится пояском). Моторчик включал, но он только подергался и крутиться не стал, а вольтметр обнулился. А-а-а, всё, я понял, я элементы без нагрузки мерял, спасибо!

 

_____________________________________________________________

 

Хых, ток КЗ 0,43мА. Маловато будет :о)

 

В общем катод надо готовить самому. Продажная графитовая фольга, слишком сильно спрессована и не дает тех преимуществ, которые дают пористые или тонкопленочные катоды в современных батареях. Готовится "нанопористый" катод достаточно просто (по аналогии с толченым активированным углем): берется порошок терморасщепленного графита, нагревается, и расширившийся графит с небольшим усилием прессуется в необходимую форму, так, чтобы он сохранял проницаемость. Можно запрессовать в него провода сразу, можно нагреть его в металлической форме, по форме электрода (с рассчитанным запасом свободного пространства). Площадь поверхности у терморасширенного графита - 500м²/гр. То есть лучше чем у аэрографита. Но его надо сжимать где-то в два раза, и помещать в пакеты/контейнеры из стеклоткани и пластика, так что реальные цифры будут где-то 200-300м²/гр.

 

Сейчас в элементах площадь поверхности катода около 0,003 м² (3см х 5см x 2), при весе 1,5гр. То есть 0,002м²/гр. Ну и стало быть потенциал улучшения характеристик батареи - (200м²/гр) / (0,002м²/гр) = 100000. Понятно, что зависимость там не линейная, но вот те жалкие 0,43мА вполне могут превратиться во что-то более интересное.

 

Или это я пургу сейчас несу про ток КЗ для химического элемента ))) Просто я раньше только с электромагнитными генераторами возился 

 

____________________________________________________________________

 

aversun, все равно странно - под нагрузкой в виде того же диода напряжение одного элемента 0,7В, или это нагрузка маловата? Вообще, похоже что это нагрузка неподходящая.

Изменено 27 Июля, 2015 в 02:24 пользователем dk_

[aversun]

 

aversun, все равно странно - под нагрузкой в виде того же диода напряжение одного элемента 0,7В, или это нагрузка маловата? Вообще, похоже что это нагрузка неподходящая.

Измеренное напряжение зависит от тока нагрузки и внутреннего сопротивления источника питания, чем больше ток нагрузки и внутреннее сопротивление, тем меньше напряжение. У подобных элементов внутреннее сопротивление бывает значительным и растёт при поляризации электродов.

[dk_]

У подобных элементов внутреннее сопротивление бывает значительным и растёт при поляризации электродов.

 

Вот это очень похоже, потому что у электролита по сравнению с водным раствором соли проводимость гораздо ниже. Спасибо!

 

____________________________________________________________________

 

Это все потому что электролит на базе ДМСО - это попытка найти неводный растворитель для хлорида алюминия взамен 1-этил-3-метилимидазолия. А 1-этил-3-метилимидазолий это жидкая соль или как их называют - ионная жидкость, то есть соль находящаяся в расплавленном состоянии при комнатной температуре то есть состоящая полностью из ионов. У нее таких эффектов наблюдаться не должно.

В общем следующий этап экспериментов (хотя все это уже далеко вышло за рамки proof of concept) - изготовление пористого катода и складчатого (в виде гармошки) анода (анодов). Правда это будет уже не совсем батареечный, а скорее аккумуляторный форм-фактор. Эффект роста внутреннего сопротивления при увеличении поляризации конечно делает применение таких элементов достаточно ограниченным невысокими напряжениями (хотя есть же трансформаторы и преобразователи, так что можно наверное как-то выкрутиться без значительных потерь).

 

В любом случае полученный электролит вполне пригоден для нанесения гальванических алюминиевых покрытий.

Изменено 26 Июля, 2015 в 23:57 пользователем dk_

[dk_]

Короче это теперь дело принципа

Сейчас емкость батареи составляет примерно 0,1мА/час при напряжении 1,85В. Но площадь катода и анода составляет по 0,003м². Я продумал как увеличить площадь поверхности анодов до 0,15м², а катода до приблизительно до 500м². Просто интересно, какая емкость у элемента будет в этом случае. Приемлемыми будут результаты в 10000 больше чем сейчас. Придется еще недельку повозиться.

Изменено 28 Июля, 2015 в 01:03 пользователем dk_

[dk_]

После "тренировки" аккумулятора (длительный перезаряд на 3,3В) элементы немного нагреваются и из них, даже из заклееных, протекает электролит (все-таки я плохо их заклеил, в местах где выходят провода электролит может протекать под давлением). Но после пары-тройки таких операций  электролит течь перестает и у батареи улучшаются характеристики - снижается саморазряд, немного повышается емкость.

Изменено 28 Июля, 2015 в 19:11 пользователем dk_