Аккумулятор своими руками как накопитель энергии

Аккумулятор – это накопитель энергии, который обычно работает на принципе обратимости химической реакции. Устроен простейший аккумулятор просто, впервые его идею опробовал на практике Риттер в 1803 году, это был столбик из 50-ти медных пластин, проложенных влажной плотной тканью.

Как сделать аккумулятор своими руками? Собрать из медных пластин? Есть более простые методы создания накопителя электроэнергии из подручных средств. Можно сделать как кислотный самодельный аккумулятор, так и устройство щелочного типа.

Кислота и свинец

Наиболее проста в устройстве свинцово-кислотная конструкция для накопления электроэнергии. Для её сборки требуются:

• устойчивая ёмкость, с возможностью её плотного закрытия крышкой;
• электролит – раствор аккумуляторной кислоты и дистиллированной воды;
• свинцовая пластина – можно использовать сплющенный кусок свинца с кабельной изоляции или приобретённый в охотничьем или рыболовном магазине;
• два металлических штыря – электроды, которые необходимо вбить вертикально в свинцовые пластины.

Далее приведем сам процесс изготовления этого устройства. Пластины свинца одеваются на металлические штыри, с небольшим расстоянием между ними. После чего конструкцию погружают в ёмкость с залитым электролитом. Свинец должен полностью находиться под раствором. Контактные концы штырей проводят через крышку ёмкости и надёжно фиксируют на ней. К концам электродов можно подключить потребитель электроэнергии. Ёмкость устанавливают на устойчивой поверхности, после чего заряжают устройство. Усложнив конструкцию, свернув свинцовые пластины в рулон и, соответственно, увеличив их площадь, при малом объёме можно добиться неплохих показателей такого устройства. По этому же принципу делают рулоны в современных гелевых накопителях энергии.

Соль, уголь и графит

Для этого устройства не нужна кислота, так как используется щелочная реакция. Как сделать аккумулятор этого типа? Основой накопителя энергии этого типа служит ёмкость с электролитом в виде раствора воды и хлорида натрия – поваренной соли. Для его создания требуются:

• графитовые стержни, с металлическим колпачком для припаивания контакта;
• активированный или древесный уголь, истолчённый в крошку;
• тканевые мешки для размещения угольного порошка;
• ёмкость для электролита с плотной крышкой для фиксации концов электрода.

В качестве электродов служит графитовый стержень в плотной угольной обкладке. Графит можно использовать из пришедших в негодность батареек, а уголь – древесный или активированный, из противогазных фильтров. Для создания плотной обкладки уголь можно поместить в водопроницаемый мешок, после чего вставить внутрь графитовый стержень, а ткань мешка обмотать нитью или проводом с изоляционным покрытием.

Для увеличения показателей этого рода конструкции можно создать батарею из нескольких электродов, размещённых в одной ёмкости.

Лимоны и апельсины в качестве ёмкости для электричества

Лимон – не только вкусный и полезный фрукт, но и природный аккумулятор. Для его использования достаточно объединить несколько лимонов в последовательную цепь, посредством металлических электродов. После чего можно подключать «фруктовый» накопитель к зарядному устройству. Вместо лимонов можно использовать и другие цитрусовые, имеющие в составе кислоту, которая будет служить природным электролитом. Чем больше цитрусовых задействовано, тем выше параметры «природной» АКБ.

Лимонный сок, кислоту или её раствор можно использовать и отдельно. Для этого достаточно залить их в банку небольшого размера и установить там медный и стальной электрод. Напряжение природного накопителя электроэнергии невелико, но, тем не менее, его хватит для источника освещения малой мощности.

Даже при отсутствии накопителя энергии фабричного производства можно легко сделать аккумулятор своими руками. Для его создания требуются лишь знания основ физики и химии, а также наличие под руками кислоты или щелочи любого типа. В качестве электродов можно использовать практически любые металлы, которые есть в наличии, но наилучший вариант – это использование сталей с большим содержанием железа, а также меди и её сплавов.

Видео

Самодельный газовый аккумулятор

Разместил 05.08.2011 nik34

nik34 прислал:

Мы все ждём новинок от науки, но при этом почему-то быстро забываем то, что уже создано. Вот пример простейшего аккумулятора, который может быть сделан каждым буквально «на коленке». При этом он почти ничего не будет стоить, а его характеристики по удельной ёмкости не намного уступают существующим свинцовым аккумуляторам. Итак, открываем старую книжку для самодельщиков и читаем.

Поделиться этой страницей в:

Известно, что при зарядке обычного кислотного аккумулятора на его аноде выделяется кислород, окисляющий этот электрод, а на катоде выделяется водород. Во время разряда аккумулятора пластины анода и катода взаимодействуют и происходит обратная реакция, при этом газы водород и кислород играют только вспомогательную роль. Когда аккумулятор отключается от источника зарядного тока, газы бесследно улетучиваются.
В современном газовом аккумуляторе при зарядке газы запасаются в электродах и хранятся в них, как на, «складах», до момента разрядки. Сами электроды не уча­ствуют в химических процессах. Газовые аккумуляторы относятся к новым источникам постоянного электрического тока. Их достоинством является исключительная простота конструкции, весьма высокая экономичность, так как они не требуют цветных металлов и дорогостоящих материалов. Они очень удобны в эксплуатации: их можно хранить продолжительное время как в заряженном, так и в разряженном состоянии.
Эти аккумуляторы не боятся больших зарядных и разрядных токов, что резко сокращает время их зарядки. На такие аккумуляторы не оказывают никакого вредного влияния быстрые разрядки и короткое замыкание. По конструкции газовый аккумулятор (см. рис.) напоминает свинцово-поташный аккумулятор.

Простейший газовый аккумулятор и его части (а — общий вид аккумулятора; б — конструкция основных частей): 1 — сосуд; 2 — электролит; 3 — электроды; 4 -крышка; 5 — зажимы; 6 — распорка.
Он состоит из непрозрачного сосуда и двух одинаковых электродов мешочного типа. В каждом мешочке помещается гальва­нический уголь, окруженный активированным углем. Электролитом служит раствор поваренной соли.
Принцип работы газового аккумулятора состоит в том, что во время зарядки на его электродах образуются и длительное время сохраняются запасы атомов водорода и хлора. При разрядке аккумулятора эти газы взаимодействуют между собой, создавая электрический ток. В момент зарядки аккумулятора происходит электролиз раствора. На катоде в мешочке запасается водород, а на аноде — в другом мешочке — запасается хлор. Возникшие во время электролиза атомы водорода и хлора заполняют мельчайшие поры активированного угля и лишаются возможности объединяться в молекулы. Таким образом, применение в электродах активированного угля позволило накапливать запасы газов и содержать их в атомном состоянии.
Газовые аккумуляторы стали возможны после того, как были найдены вещества, обеспечивающие раздельный сбор, хранение и атомный режим газов в аккумуляторе. Такие вещества называют адсорбентами, то есть веществами, об­ладающими способностью поглощать газы, пары и жидкости. Явление адсорбции происходит на поверхности погло­щающих веществ. Поэтому, чем больше поверхность адсорбентов, тем больше молекул газа или пара они поглощают. Хорошей поглотительной способностью обладает обычный древесный уголь, так как в нем большая поверхность об­разуется за счет огромного количества пор. Самым лучшим адсорбентом является активированный уголь, получаемый в результате специальной обработки обычного древесного угля. В 1 грамме активированного угля общая поверхность достигает 10000 кв. метров. Вот почему в качестве электродов в газовом аккумуляторе был взят активированный уголь.

Простейший газовый аккумулятор легко изготовить самим. Возьмите стеклянную пол-литровую банку, окрасьте ее снаружи асфальтовым лаком или черной эмалью (можно оклеить черной бумагой). Важно, чтобы свет не проникал внутрь аккумулятора. Любой свет оказывает сильное влияние на газы и разряжает аккумулятор. Подберите два угольных стержня от накальных элементов или дуговых фонарей. Сшейте два мешочка из хлопчатобумажной ткани. Вставьте в мешочек угольный стержень с прикрепленным выводом на верхнем конце и набейте вокруг него активированный уголь. Зашейте ме­шочек сверху и плотно обвяжите его прочными машинными или суровыми нитками. Чем больше витков сделаете и сильнее их затянете, тем надежнее будет контакт порошка с угольным стержнем и тем лучше будет работать аккумулятор.
Второй мешочек изготовляется таким же способом. Активированный уголь можно приобрести в магазинах химических реактивов или использовать активированный уголь из старых противогазов. Для получения емкости в 1 ампер-час потребуется 50—90 граммов активированного угля на два мешочка.
Электролит составьте по следующему рецепту. На каждый стакан кипяченой воды всыпьте 1 —1.5 столовой ложки поваренной соли. Вставьте мешочки в сосуд и залейте его электролитом. Сосуд закройте деревянной крышкой, пропитанной парафином. Сверху на крышке против электродов укрепите выводы, а в середине крышки сделайте отверстие для заливки и смены электролита. Это отверстие закройте пробкой.
Зарядка газового аккумулятора производится так же, как и обычного кислотного аккумулятора. Вывод от одного мешочка соедините с отрицательным полюсом источника зарядного тока. Это будет как бы отрицательная пластина аккумулятора (водородный электрод), обозначьте его знаком минус (—). Другой мешочек— с положительным полюсом источника зарядного тока через реостат. Этот мешочек будет служить положительной пластиной (хлористый электрод), обозначьте его знаком плюс ( + ). Для зарядки одного аккумулятора требуется напряжение 4,5 вольта. Зарядка заканчивается, когда напряжение на зажимах газового аккумулятора будет равно 2,2—2,5 вольта.
Если вы хотите применить эти аккумуляторы в походах, то скрепите их электроды хомутиками из пластмассовых пластинок или из полосок оргстекла, как показано на рисунке. Распорки не позволят электродам перемещаться. Для лучшей работы аккумулятора необходимо сменять электролит один-два раза в неделю.

О самодельном свинцово кислотном аккумуляторе

Первый свинцово кислотный аккумулятор изобрел и опробовал как известно французский физик Гастон Планте. Он скрутил две свинцовые пластины в рулон, предварительно проложив между ними разделительное сукно. Рулон поместил в сосуд и залил его соленой водой. В итоге если подать напряжение на пластины, то он заряжался. И после, если к нему подключить лампочку, или что-то другое, то он мог некоторое время отдавать запасенную энергию на горение этой лампочки. Так же после заряда энергия в таком аккумуляторе могла хранится без потерь продолжительное время. Это и положило начало эры свинцово кислотных аккумуляторов.
>
Но самый главный недостаток такого рулонного аккумулятора, это маленькая емкость. В последствии было выяснено что если такой аккумулятор несколько раз зарядить и разрядить меняя полярность (+-), то емкость увеличивалась. Это объясняется тем, что на пластинах образовывался слой оксида свинца, и пластины размегчаоись, становились как губка. Кислота теперь могла проникать глубже в пластины, тем самым больше свинца участвовало в химическом процессе.

Эти циклы заряда разряда меняя плюс на минус и обратно назвали формовкой пластин. Чтобы нарастить толстый слой оксида свинца, приходилось затрачивать много энергии и времени. Но позже один молодой человек, работавший помощником у Планте решил сделать по другому. Он решил сразу наносить на пластины оксид свинца, тем самым он сразу получил более емкий аккумулятор. В последствии эту технологию немного улучшили. Стали делать свинцовые решетки, которые замазывали аксидом свинца в виде пасты. Пасту готовили из оксида свинца, в которую добавляли немного воды, или электролита и перемешивали до густой консистенции.
>
Спустя уже более 100 лет технология изготовления аккумуляторов в принципе не изменилась. На производствах так же методом литья, или штамповки делают свинцовые решетки, и намазывают пастой, состоящей из оксида свинца, плюс дополнительные добавки, которые не дают пасте распадаться и придают другие нужные свойства. Так же разделительные прокладки между пластинами делают из современных материалов, что исключает выпадение намазки из решеток и препятствует замыканию пластин между собой. На каждом заводе, и для различных типов аккумуляторов ( тяговых, стартерных, и т.п.) есть свои тонкости, но в целом технология одна и та же.
>
Теперь можно подумать о том, можно ли сделать свинцово кислотный аккумулятор в домашних условиях, чтобы это было выгодно и эффективно. Во первых дело в свинце, где его брать?. В негодных аккумуляторах, но если переплавить один авто-аккумулятор, то на выходе будет всего примерно 1,5кг свинца, и станет понятно что добывать свинец таким образом не выгодно. Чтобы переплавить весь свинец содержащийся в аккумуляторе, часть которого в виде оксида, сульфата и прочие элементы, которые содержатся в намазке решеток, то тут нужна плавильная печь и дополнительная химия и условия, по-этому дома на костре получится консервная банка свинца и целая куча шлака.

Тогда можно купить свинец, есть листовой, и в чушках, стоит не дорого. Если делать из листового свинца, то можно примерно прикинуть затраты на один аккумулятор. Если покопаться в литературе, то можно узнать что с одного квадратного метра площади пластин можно получить емкость примерно 5-10Ач. Тогда для одной банки емкостью 50-100Ач нужно 10кв.м свинца. Так как для 12-ти вольт нужно 6 банок, то соответственно нужно около 60 кв.м свинца. Самые тонкие листы в продаже 0,5мм, вес одного кв.м такого листа свинца состовляет 5,7 кг. Так как площадь листа работает с обоих сторон, значит нам нужно на АКБ уже не 60кв.м, а 30кв.м. Тогда получается на аккумулятор емкостью 50-100Ач нужно 30*5,7=171кг свинца, стоимость за 1кг около 150 рублей, и цена только на свинец составит около 25 000 рублей, что в 5-6раз дороже чем заводской аккумулятор емкостью 100Ач.
>
Можно увеличить емкость пластин формовкой, с помощью зарядки и разрядки меняя местами плюс и минус, но не известно сколько циклов нужно сделать чтобы значительно увеличить емкость. Планте формовал пластины электричеством три месяца. За это время уйдет очень много энергии на формовку, и в итоге аккумулятор только подорожает. Из всего этого понятно что экономически не выгодно делать аккумулятор из листового свинца.

Да, кстати на счет долговечности аккумулятора с пластинами из листового свинца. Служить такой аккумулятор будет значительно дольше, так-как пластины цельные и от глубоких разрядов, больших разрядных токов, не будет отходить намазка, которой просто нет, но сульфатация пластин будет точно такая же как и у обычного аккумулятора, по этому по сути дольше обычных этот аккумулятор не прослужит. Правда его можно разобрать и почистить от белого налета (сульфата) и он дальше сможет работать.

Проблема в том что у листового свинца нет слоя оксида, точнее есть, из-за него свинец становится темно серого цвета, но этот слой слишком тонкий. Оксид, это окисленный кислородом свинец, на производствах его по разному получают. Но в домашних условиях эту пыль получить затруднительно. Можно конечно попробовать пластины увлажнять водой, чтобы они окислялись на свежем воздухе, но какой слой окиси удастся нарастить таким образом и сколько времени на это уйдет не известно, поэтому про рулонный аккумулятор из листового свинца можно забыть.

Хороший аккумулятор получится если использовать вместо пластин свинцовую фольгу. Так можно в несколько раз увеличить площадь при том же весе, но дома фольгу не сделаешь, а в продаже чистой свинцовой фольги нет, да и стоила бы она в несколько раз дороже листового свинца того же веса. Поэтому хороший вариант с фольгой отпадает. Или дома ставить прокаточный станок и самому делать фольгу.

Можно попробовать делать пластины как делают на заводе, решетки отлить не сложно. Они толстые, и форму для отливки сделать просто. Но проблема в намазке, она ведь состоит из оксида свинца, а как его делать дома. К примеру чем нибудь стирать свинец в пыль, или мелкую стружку, потом поливать водой или электролитом и в какой нибудь емкости его постоянно перемешивать чтобы окислялся на кислороде, но это дома трудно и бессмысленно делать, так как готовый аккумулятор гораздо дешевле выйдет.

Вот наверно вкратце все что я хотел сказать. Для себя я сделал вывод что свинцовый аккумулятор своими руками возможен, но трудоемок и не выгоден, поэтому на этом деле можно смело ставить большую и жирную точку. Так же читая множество информации и о других типах аккумуляторов я пришел к выводу что ничего нормального в домашних условиях и с применением доступных и дешевых материалов не выйдет. Если есть вопросы или какие-то выводы то оставляйте комментарии.

111Fisher ›
Блог ›
СУПЕРМАХОВИК И СУПЕРВАРИАТОР ДЛЯ СУПЕРАВТОМОБИЛЯ…

СУПЕРМАХОВИК И СУПЕРВАРИАТОР ДЛЯ СУПЕРАВТОМОБИЛЯ

«теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива» — Гулиа Нурбей Владимирович.

ru.wikipedia.org/wiki/%D0…0%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87

Все изобретения Нурбея Владимировича Гулиа так или иначе связаны с энергией. Человечество живёт очень неэффективно — КПД современного бензинового двигателя всего 25—30 %, дизельного — около 40 %. Это значит, что больше половины энергии, запасённой в ископаемом топливе, тратится бесцельно — в основном, рассеивается в виде тепла. Нурбей Гулиа задался целью разработать технологию, которая позволяет легко запасать и отдавать энергию, обладая при этом высоким КПД.
И я решил изобрести этакую «энергетическую капсулу», которую можно было бы «заряжать» энергией, а затем использовать как бензобак. В отличие от бензобака, в моей «капсуле» должна накапливаться исключительно безвредная для человека энергия. И не так мало, как в автомобильных аккумуляторах, а столько, сколько, например, в том же бензобаке. Ведь не секрет, что тяжёлый автомобильный аккумулятор содержит в себе энергии не больше, чем в рюмке бензина…
Начиная с изобретения супермаховика в 1964 году, Нурбей Гулиа последовательно двигался к этой цели. Супермаховик здесь запасает энергию, супервариатор — эффективно передаёт энергию на движитель. Если совместить всё это в одном автомобиле, получится удивительное средство транспорта: по расчётам,
если из такого материала (карбоновое нановолокно) навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1 МВт•ч/кг, или в тысячи раз больше, чем у самых перспективных аккумуляторов! Это значит, что на таком накопителе массой в 150 кг легковой автомобиль сможет пройти с одной зарядки свыше 2 миллионов километров — больше, чем способно выдержать шасси. То есть теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива.
www.popmech.ru/article/84…upertehnika-ot-supermena/
Если бы профессор Нурбей Гулиа жил на Западе, то наверняка был бы мультимиллионером. Супермаховик, который он изобрел в 1964 году, давно применяется во всем мире, что, однако, никак не отразилось на благосостоянии ученого. Из-за бюрократизма советской патентной системы патент был выдан автору… только через 20 лет после подачи заявки, а за эти годы срок действия документа истек. но профессор взял реванш. Спустя десятилетия он изобрел (и сейчас патентует во многих странах) «супервариатор», который обладает настолько фантастическими характеристиками, что в полной мере оправдывает свою щегольскую приставку.
Разрушитель законов

Когда к нам в редакцию пришло письмо с описанием устройства под названием «супервариатор», мы решили, что это очередная профанация вроде вечного двигателя и гравитолета. Но внизу стояла подпись «Нурбей Гулиа», что заставило взглянуть на устройство по-другому. Тем не менее, несмотря на реноме ученого, его изобретение продолжало казаться абсолютной фантастикой. Крупные компании, специализирующиеся на выпуске коробок передач и вариаторов, тратят огромные деньги на исследования, и вдруг некий российский изобретатель разрабатывает продукт, который по основным показателям заметно превосходит модели ведущих производителей. Разве такое возможно? Впрочем, с другой стороны, вряд ли в мире можно найти ученого, который посвятил бы вариаторам столько же времени. Ведь Гулиа начал заниматься этой темой еще в начале 1960-х.

Вариаторы, или устройства, которые позволяют плавно изменять передаточное отношение привода, получили широкое распространение на автомобилях сравнительно недавно. Подобно автоматической гидродинамической коробке передач, вариатор облегчает управление, но в отличие от нее демонстрирует лучшие показатели разгонной динамики и экономичности. Однако не лишен он и недостатков: диапазон регулирования передаточных отношений у вариаторной коробки передач обычно узок (4–6), а КПД невысок – около 0,85. Впрочем, каждый из этих показателей можно увеличить, но, увы, только за счет другого. Поиском разумного компромисса и занимаются сейчас конструкторы вариаторов, но Гулиа пошел другим путем. Он решил найти способ обойти существующие «вариаторные законы» и заставить этот упрямый механизм работать с максимальным диапазоном и максимальной отдачей на главных режимах. Годы исследований не ушли впустую: Гулиа нашел такой способ. но схема устройства была настолько непростой, что иногда и специалисты не могли до конца понять принципы ее работы. Тогда, чтобы «в доступной форме» доказать возможность существования такого устройства, Гулиа решил создать опытный образец.

При финансовой поддержке одной немецкой компании, ставшей совладельцем немецкого патента профессора, Гулиа в тандеме со своим аспирантом Иваном Бессудновым работали почти год над созданием этого устройства. Профессор признается, что сам не был до конца уверен в том, что аппарат будет работать, но его опасения не подтвердились. Первые же испытания доказали верность догадок Гулиа: супервариатор обладал прямо-таки фантастическими свойствами: диапазон 15–20, КПД на основных режимах – 0,97–0,98! как же такое стало возможным?

Планетарные чудеса

В основе всего этого беззакония лежат два сравнительно простых механизма – планетарный и дифференциальный, объединенные, правда, хитрым способом. За десятилетия работы с вариаторами профессор Гулиа пришел к выводу, что из всех их разновидностей лучший для автомобиля – планетарный, поскольку при передаточном отношении, близком к единице, КПД у него стремится к 100%. А автомобиль, как известно, наибольшие расстояния преодолевает именно на высоких передачах, когда передаточное отношение коробки приближается к единице. Среди вариаторов, которые могут работать по планетарной схеме, Гулиа выбрал дисковый, способный передавать внушительные мощности. Схема планетарного дискового вариатора (для простоты однорядного) изображена на рис.1, а рядом описан принцип его работы. По своим характеристикам такой дисковый планетарный вариатор хорош: при диапазоне, равном 10, он может работать с КПД 87–95%, но с помощью дифференциала «хорошиста» можно превратить в гениального «отличника».

Схема объединения дифференциала и планетарного вариатора изображена на рис. 2. Если бы передаточное отношение вариатора было равно единице, то все валы вращались бы с одинаковой скоростью, а КПД был бы равен 100%. Но передаточное отношение вариатора больше единицы, поэтому ведомый вал дискового вариатора вращается медленнее ведущего, а ведомый вал супервариатора, исходя из особенностей работы планетарного механизма, будет вращаться медленнее ведущего и быстрее ведомого дискового вариатора. Стало быть, диапазон всего устройства уменьшится по сравнению с дисковым, но зато КПД станет выше – за счет того, что через вариатор теперь будет проходить только часть мощности, а остальная пойдет напрямую от двигателя к ведомому валу. «КПД повысился, диапазон сузился – все как в обычном вариаторе», – может возразить читатель. Пока так и есть, но, чтобы из вариатора сделать супервариатор, достаточно проделать с ним два хитрых «финта». Во-первых, нужно превратить понижающий режим работы в повышающий (конструкция разработанного Гулиа устройства это позволяет), а во-вторых, еще и сузить его диапазон – для увеличения КПД. При этом даже если этот суженный диапазон составит всего 1,5–2, то, используя на первом этапе работы вариатор без дифференциала с диапазоном около 10, а на втором – с дифференциалом и с суженным диапазоном, в результате, согласно теории замкнутых дифференциальных передач, мы получим диапазон около 20. И при этом на основных режимах работы КПД будет выше 97%!

Представленная на рисунке 2 схема носит упрощенный характер: на самом деле изобретенный Гулиа супервариатор куда сложнее. Более подробно с устройством этого механизма можно ознакомиться в новом издании книги Гулиа «В поисках «энергетической капсулы»», которое появится к лету 2006 года (издательство ЭНАС). В оригинале базовый планетарный вариатор является многодисковым (с тремя и более рядами дисков), а его дифференциальный механизм выполнен с применением вместо конических зубчатых колес цилиндрических, которые проще, технологичнее и экономичнее. но сути дела это не меняет. На основных режимах работы КПД вариатора составляет 0,97–0,98, понижаясь лишь до 0,87 в режимах, где требуется высокое передаточное число (например, при трогании с места).

Сейчас профессор Гулиа патентует свое изобретение в ведущих странах мира, чтобы не повторилась та несправедливая история с супермаховиком, и ищет будущих партнеров. Если изобретением заинтересуются такие высокотехнологические производители коробок передач, как, например, ZF Friedrichshafen, супервариатору уготовано великое будущее. Но Гулиа не собирается на этом останавливаться. «Если объединить достоинства супервариатора и супермаховика, то можно создать суперавтомобиль», – говорит ученый.

На пути к пределу экономичности

Когда профессор Гулиа начинает рассказывать о проекте «суперавтомобиля», можно подумать, что он писатель-фантаст, а не ученый. Слишком удивительными кажутся его выкладки. «В одном из номеров «Популярной механики» (№7, 2005, с. 16) вы писали про карбоновое нановолокно, – говорит профессор. – Если из такого материала навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1 Мвт*ч/кг, или в тысячи раз больше, чем у самых перспективных аккумуляторов! Это значит, что на таком накопителе массой в 150 кг легковой автомобиль сможет пройти с одной зарядки свыше 2 миллионов километров – больше, чем способно выдержать шасси. То есть теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива. Беда в том, что заряжать такие накопители будет не от чего: мощность всех автомобилей в мире в десятки раз больше мощности всех электростанций». Поэтому в качестве альтернативы такой фантастической машине Гулиа предлагает более реальный проект автомобиля: его заправлять топливом все-таки придется, но раза в три реже, чем обычное авто.

Максимальный КПД современного бензинового двигателя всего 25–30%, дизельного выше – около 40%, но беда в том, что реально в городе (даже без учета пробок) двигатель работает с КПД около 7%. Чтобы переводить тепловую энергию топлива в механическую максимально выгодно, надо заставить двигатель работать в оптимальном режиме, близком к максимальной мощности. Если бы автомобиль был оснащен специальным накопителем, с его помощью можно было бы собирать энергию от двигателя, работающего в режиме максимального КПД, а уже из накопителя расходовать ее на движение автомобиля. «Такая схема позволила бы сократить расход топлива как минимум втрое», – рассказывает Гулиа. «Нурбей Владимирович, но ведь уже существуют различные гибридные автомобили, которые работают по такой схеме, однако ждать серьезного снижения расхода топлива от них не приходится». – «Вы правы. но в современных гибридных автомобилях механическую энергию двигателя приходится преобразовывать в электрическую, а затем снова в механическую. Это приводит к слишком большим потерям – энергетическую «пошлину» платить надо. Я же говорю о накопителе механической энергии – супермаховике, работающем в паре с супервариатором». Опытные образцы подобных автомобилей, оказывается, уже пыталась создать американская компания United technologies, и ей удалось достичь расхода дизельного топлива 3 л на 100 км для автомобиля массой 1500 кг. Но система была достаточно сложна и дорога: в частности, тут были использованы электрогенераторы и полномоментные (без коробки передач) тяговые двигатели, что и не позволило извлечь максимум достоинств из этой схемы. Именно изобретенный супервариатор призван сделать автомобиль куда привлекательнее. При такой схеме работы (рис. 4) двигатель периодически автоматически включается и, работая в оптимальном режиме, «дополняет» энергию в накопитель. Кроме того, в этой схеме осуществляется рекуперация энергии на спусках и торможениях, что ведет к фантастической экономии топлива. По данным Гулиа, обычный автомобиль может при этом расходовать всего лишь 1,2 л дизельного топлива на 100 км. но самое любопытное, что это еще не предел экономичности. Если вместо двигателя использовать более экономичные топливные элементы (рис. 3) с КПД около 56% (при работе на обычном топливе), то можно достичь еще большей экономичности – до 0,85 л солярки на 100 км! Пожалуй, это реальный ответ повышению цен на автомобильное топливо…

Март 2006
Николай Корзинов

Этапы большого пути

1939. Родился в Тбилиси (там же окончил школу и Политехнический институт).
1961. Сделал первое изобретение (усовершенствовал автомат для изготовления папирос), затем изобретает вариаторы новых конструкций.
1962. Поступает в аспирантуру в Москве, через 3 года защищает кандидатскую диссертацию, спустя еще 8 лет – докторскую.
1964–1984. Подает заявку на изобретение супермаховика: из-за затянувшейся экспертизы получает патент только через 20 лет.
1978. Начинает работать в Московском государственном индустриальном университете (МГИУ) профессором кафедры «Автомобили и двигатели». по настоящее время – заведующий кафедры «Детали машин».
2003. Подает международную заявку на изобретение супервариатора, по которой в 2005 году началось патентование в России и за рубежом.

Планетарный дисковый вариатор

От двигателя вращение подается на входной вал вариатора, на котором жестко закреплены внутренние диски. Они заставляют вращаться конические сателлиты. За счет того, что внешние диски неподвижны, сателлиты участвуют не только в орбитальном движении, вращая водило (выходной вал), но и вращаются вокруг своей оси. Изменение передаточного отношения в механизме обеспечивается за счет радиального перемещения сателлитов на водиле.

“Volvo › Update: Компания Volvo испытала маховиковый накопитель”

В течение 2012–2013 гг. шведы испытывали в реальных условиях редкий тип гибридного привода: накопитель кинетической энергии на основе маховика — Flywheel KERS…
www.drive.ru/world/volvo/…A+drivenet+%28DRIVE.RU%29

Механические накопители энергии

Замечание 1

Накопителем энергии можно назвать систему, которая дает возможность аккумулирования энергии какого-либо вида за время заряда, и передачи этой энергии спустя время ее потребителю за период разряда для совершения полезной работы.

Аккумуляторы энергии бывают:

• электрическими,
• тепловыми,
• механическими.

Изобрел прибор для накопления механической энергии Армстронг. Его прибор был основан на поднимании на высоту груза или на воздухе под высоким давлением.

Основными направлениями применения накопителей энергии считают:

• аккумулирование лишней на какой-то момент времени энергии и использование ее при необходимости;
• трансформирования одного вида энергии в другую, преобразование характеристик энергии.

Механическая энергия – это энергия перемещения (поступательного движения и вращения) и энергия взаимодействия тел или их частей, то есть кинетическая и потенциальная энергия.

Для механических накопителей (как и любого другого вида накопителей энергии) характерными режимами работы стали:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

• накопление энергии (заряд),
• отдача энергии (разряд),
• хранение энергии – промежуточный режим.

В режиме заряда к механическому накопителю подводится механическая энергия от внешнего источника. Конкретный тип реализации источника определен типом механического накопителя.

В состоянии разряда большая часть запасенной энергии отдается накопителем потребителю. Небольшая доля накопленной энергии теряется в режиме хранения и имеются потери в режиме разряда.

Разнообразие механических накопителей энергии

Механические накопители энергии применяются с древних времен. Их несомненными плюсами являются:

• конструктивная простота;
• неограниченный срок хранения запасенной энергии;
• большая надежность;
• исключительно длительный срок эксплуатации.

Основным недостатком механических накопителей считают малую удельную плотность запасаемой ими энергии.

Выделим следующие группы механических аккумуляторов энергии:

1. Гравитационные механические накопители.
2. Кинетические механические накопители
3. Накопители, использующие силы упругости.

Механические накопители можно разделить на:

• статические,
• динамические,
• комбинированные.

Статические накопители механической энергии аккумулируют энергию:

• при упругом изменении формы (объема) рабочего тела;
• при его движении против сил тяжести в поле гравитации.

Рабочее тело данных накопителей статично в режиме хранения, в состоянии заряда и разряда рабочее тело движется.

Динамические накопители копят кинетическую энергию (в основном) в массивных твердых телах, находящихся во вращении. Примером динамических механических аккумуляторов энергии можно считать накопительные устройства ускорителей элементарных частиц, запасающих кинетическую энергию заряженных частиц, циклически перемещающихся по замкнутым траекториям.

Комбинированные накопители механической энергии аккумулируют и кинетическую, и потенциальную энергию. Таким накопителем считают супермаховик из сверхпрочного волокнистого материала с малым модулем упругости. В этом маховике аккумулируется кинетическая энергия и потенциальная энергия упругой деформации.

Гравитационные механические накопители

Эти накопители используют тот факт, что каждое тело, поднятое на некоторую высоту $h$ над Землей, обладает потенциальной энергией, которая способна переходить в кинетическую энергию этого тела при его опускании. При этом потенциальную энергию вычисляют при помощи формулы:

$E_p=mgh (1),$

где $m$ — масса тела, поднятого над уровнем земли; $g$ — ускорение свободного падения.

В среде гравитационных механических накопителей выделяют:

• жидкостные накопители;
• твердотельные накопители.

В жидкостных гравитационных накопителях в качестве рабочего тела используют жидкость, в этой связи у накопителей данного вида имеется ряд недостатков, например:

• жидкость может быстро испаряться;
• малая плотность рабочего тела, которая приводит к росту конструктивных размеров.

К преимуществам твердотельных накопителей относят небольшую стоимость. Существенным недостатком можно считать большую массу накопителя и большой размер. Как пример твердотельного гравитационного накопителя можно рассматривать каждый груз, поднятый выше, чем находится уровень избранной поверхности.

Кинетические накопители энергии

Среди кинетических механических накопителей энергии можно выделить:

• колебательные накопители,
• гироскопические накопители.

Колебательные накопители кинетической энергии аккумулируют энергию возвратно – поступательном движении груза в состоянии резонанса. Движения груза могут быть как поступательные, так и вращение. В этих накопителях энергия поступает и расходуется порционно, совпадая с движениями груза. Необходимость создания условий резонанса ведет к существенному усложнению механизма и делает его зависимым от настройки. Данные накопители применяются в механических часах, имеющих пружинный или гравитационный маятник.

Гироскопические накопители аккумулируют энергию маховика, который находится во вращении с большой скоростью. В настоящее время запасаемая при помощи маховика энергия достигла 3 ГДж/кг. Удельная энергия данного накопителя существенно выше, чем она же у гравитационного накопителя. К преимуществам маховиков относят возможность передачи и получения почти неограниченную мощность.

К недостаткам этих накопителей относят:

• их высокую стоимость;
• сложность изготовления;
• высокая скорость вращения маховика требует наличие сложной системы трансформации крутящего момента.

Механические накопители энергии, использующие силы упругости

Удельная емкость аккумулируемой энергии этих накопителей очень велика. Учитывая малые габариты накопителей, их энергетическая емкость обладает самым большим значением в среде механических накопителей. Массивные маховики, имеющие большие скорости вращения обладают большей энергетической емкостью в сравнении с накопителями, использующими силы упругости. Однако последние:

• могут иметь гораздо меньшую массу;
• меньше чувствительны к факторам окружающей среды;
• имеют большее время хранения энергии.

Существуют накопители энергии на основе сжатого воздуха. Данные аккумулятора накапливают энергию за счет упругости сжатого газа. Газ закачивают в баллон. В случае необходимости получения электрической энергии, газ под давлением из баллона подают на турбину, которая выполняет механическую работу или вращает электрический генератор. Если необходима небольшая мощность, то вместо турбины пользуются поршневым двигателем, который оказывается в этом случае более эффективным. Почти любой компрессор в настоящее время имеет подобный накопитель, который называют ресивером. С увеличением давления воздуха, больше энергии запасают в одном и том же объеме. Так получают большие потоки энергии.

Проклятье аккумуляции, или Почему не слышно про супермаховик?

Если позволите каплю эмоций, я не перестаю удивляться, какие страсти разгораются каждый раз, когда разговор в этой колонке заходит о «чистой энергии». Накал прошлонедельной дискуссии об эффективности солнечных батарей (см. «Домашняя энергонезависимость») оказался таким, что, посмотрев со стороны, можно подумать, будто обсуждают большую политику или как минимум сравнивают операционные системы! И лично для меня это лучшее доказательство того, что тема только кажется отработанной и устоявшейся, а на самом деле даже по элементарным вроде бы вопросам (вроде практической пригодности солнечных батарей в облачную погоду) существуют диаметрально противоположные точки зрения. Так что если у вас есть чем крыть, есть цифры, а тем более личный опыт, очень прошу поучаствовать в новой дискуссии. Потому что сегодня я рискну продолжить начатый в две прошедших недели разговор. Ведь энергию Солнца или ветра мало получить, её мало распределить по потребителям, её ещё жизненно важно научиться накапливать!

В самом деле, что проку от той же трёхкиловаттной икеевской солнечной электростанции, занимающей крышу частного дома, если она, способная с избытком удовлетворить потребности целого домохозяйства, работает только в светлое время суток? Идеально было бы накапливать остающийся во время генерации излишек («скушать» три киловатта — не шутка, мало какой бытовой прибор поглощает даже киловатт, и работают такие приборы, как правило, недолго: проточный нагреватель воды, духовка… У меня, правда, греет дом полуторакиловаттный биткойновый риг, но это редкость, согласитесь) и отдавать его по мере надобности ночью. Что ж, предположим, на ночь и сумерки, занимающие, скажем, 18 часов, дому нужны те же самые три киловатта. Значит, бытовой накопитель электроэнергии должен запасти, грубо, 54 киловатт-часа. Много это или мало?

Солнечная электростанция Solana.

Нормально. И решение этой проблемы «в лоб», установкой электрического аккумулятора приемлемых габаритов и эксплуатационных свойств, то есть литий-ионного, уже возможно. Больше того, выпускаются серийные образцы аккумуляторных батарей именно такой ёмкости: это батареи электромобилей – к примеру, знакомого вам Model S от Tesla Motors, базовая комплектация которого включает батарею с ёмкостью 60 кВт•ч. Одна проблема: стоит такое решение 10 тысяч американских долларов, то есть дороже всей солнечной электростанции от той же IKEA. И ценам Элона Маска можно верить: они хоть и собирают свои батареи из чужих элементов (основу производит Panasonic), но используют их не только в автомобилях, а и на бытовых солнечных электростанциях, устанавливаемых компанией Solar City (один из проектов Маска, входит в число крупнейших установщиков солнечных батарей в США). Поскольку спроса на такие батареи, естественно, нет, Solar City пока ограничивается установкой сравнительно небольших аккумуляторов, способных поддержать базовые электропотребности среднего дома лишь на время кратковременных перебоев энергоснабжения.

Но это ещё не все плохие новости. Цифра, которую мы получили выше, можно сказать, обывательская. А профессионалы говорят так: запас энергии в доме должен быть минимум на три (облачных) дня, а лучше – на пять (тогда аккумуляторы прослужат дольше)! Так что в существующем виде электрические аккумуляторы неприемлемы даже для домашних нужд, не говоря уже о мощных электростанциях. Но как же быть? И как выкручиваются проектировщики больших энергогенерирующих объектов?

Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно посмотреть на вводимые в строй суперсовременные «чистые» электростанции. Скажем, на стартовавшую на днях в Штатах станцию Solana — занимающую площадь в несколько квадратных километров и самую мощную на планете (280 МВт, 70 тысяч среднестатистических домохозяйств). Так вот: никакого нанотеха, никаких чудес электрохимии. Всё просто: часть собранного солнечного тепла пускают на нагрев здоровенного резервуара с расплавом соли (некоторые соли, скажем, глауберова, твёрдые в охлаждённом состоянии, переходят в жидкую форму при нагревании), и ночью возвращаемое солью тепло нагревает воду до пара и крутит турбину. И вот это решение (точнее, его масштабы) называют «поворотной точкой для солнечной энергетики»! Вот он, пик чистых технологий XXI века: солевая грелка за два миллиарда долларов!

Solana изнутри: солевая грелка плюс водяной пар.

Это и смешно, и грустно одновременно. Смешно — потому что в задаче аккумуляции энергии мы никак не уйдём от технологий столетней давности. Грустно — потому что решение этой задачи, насколько мне известно, существует давно, а честь открытия и разработки принадлежит нашему соотечественнику. Называется оно странным словом «супермаховик».

Должен предупредить сразу: описывая это творение инженерной мысли, я не могу быть абсолютно объективным. Потому что книга про супермаховик попала в мои руки, когда мне было что-то около десяти лет, и стала одним из кирпичиков, на которых и сформировалось моя любовь к технике. Поэтому ещё раз повторю, что буду рад любым доводам и аргументам. Но — к сути. В далёком 1986 году издательство «Детская литература» (!) выпустило книгу советского изобретателя Нурбея Гулиа «В поисках “энергетической капсулы”» (её копия, как раритетного издания, есть в Сети). С юмором и очень просто Гулиа описывает в ней своё становление инженера (так решили его знакомые: мол, если других талантов нет, дорога одна!) и выход на задачу, которая стала главной в его жизни. Это задача аккумуляции энергии — уже тогда, тридцать лет назад, стоявшая в полный рост. Перебрав механические, термические, электрические, химические решения, заглянув в то, что вскоре станет нанотехнологиями, Гулиа отверг их все по тем или иным причинам — и остановился на идее, известной с древности: массивном вращающемся теле, маховике.

Мы находим маховик везде, от гончарного круга и примитивных водяных насосов до транспортных средств XX века и космических гироскопов. Как аккумулятор энергии он замечателен тем, что его можно быстро разогнать («зарядить») и быстро же остановить (получив значительную мощность «на выходе»). Одна проблема: энергоёмкость его недостаточна, чтобы претендовать на роль универсальной «энергетической капсулы». Плотность запасаемой энергии необходимо увеличить хотя бы в сотню раз. Но как это сделать? Увеличим скорость — маховик разорвёт и запасённая энергия причинит страшные разрушения. Наращивать габариты тоже не всегда возможно. Пропуская многолетний, интереснейший пласт исследований и размышлений (очень рекомендую книгу, читается и сегодня совершенно современно!), собственно вклад Гулиа можно свести к следующему: он предложил делать маховик не монолитным, а навивать — например, из стального троса или ленты. Возрастает прочность, низводятся до ничтожных последствия разрыва, а энергоёмкость даже самодельных образцов превышает параметры промышленных разработок. Эту конструкцию он и назвал супермаховиком (и запатентовал один из первых вариантов ещё в 1964-м).

Прорабатывая идею, он пришёл к мысли навивать маховик из графитового волокна (не забывайте, что фуллерены тогда только получили, а о графене и речи не шло), а то и более экзотических материалов вроде азота. Но даже 20-килограммовый супермаховик из углеродных волокон, технически возможный уже тогда, тридцать лет назад, был способен запасти энергию, достаточную для передвижения легкового автомобиля на 500 километров, со средней стоимостью стокилометрового броска в 60 американских центов.

Углеволоконный супермаховик.

В случае с супермаховиками нет смысла возиться со сравнительными оценками — будь то запасаемая на единицу массы энергия или эксплуатационные характеристики: теоретически они превосходят все имеющиеся альтернативные решения. И области применения напрашивались сами собой. Помещённый в вакуум, на магнитной подвеске, с КПД выше 90%, выдерживающий невообразимое число циклов заряда-разряда, способный работать в широчайших диапазонах температур, супермаховик способен вращаться годами и обещал фантастические вещи: автомобиль от одной зарядки мог бы бегать тысячи километров, а то и весь срок службы, электростанция с упрятанным в фундамент многосотметровым супермаховиком запасала бы энергию, достаточную для освещения всей Земли, и так далее, и так далее. Но вот вопрос: прошло тридцать лет, почему мы же не видим супермаховиков вокруг себя?

Сказать по правде, я не знаю ответа. Технические сложности? Да, и конструкция супермаховика, и плавный отбор энергии — задачи с большой буквы, но они вроде бы решены. Время от времени слышно о мелких, узконишевых применениях. Но именно там, где на него возлагались главные надежды — в энергетике и автомобилестроении — супермаховик массового применения не нашёл. Пару лет назад американская компания Beacon Power ввела в строй небольшую супермаховичную энергоаккумулирующую станцию под Нью-Йорком, но сегодня о проекте ничего не слышно, а сама компания перебивается с хлеба на воду.

Нурбей Гулиа по-прежнему работает над совершенствованием своего детища и год назад отметился сообщением о возможности постройки графенового супермаховика (с расчётной удельной энергоёмкостью 1,2 кВт*ч/кг, то есть на порядок выше литий-ионных аккумуляторов). Но, если я правильно понимаю, коммерческого успеха он добился с другой своей разработкой (супервариатором, оригинальной механической передачей), а вот супермаховик почему-то остаётся под знаком вопроса.

P. S. Я попросил Нурбея Владимировича поучаствовать в дискуссии (хоть надежда, сами понимаете, слабая: на личном сайте его натурально одолевают поклонники).

www.computerra.ru

Аккумулятор будущего – маховик?: engineering_ru

Дешев. Долговечен. Экологически чист. Энергетические возможности маховика, как накопителя кинетической энергии определяются тремя параметрами: скоростью вращения,  диаметром и массой. Увеличив скорость вращения можно убавить вес и размер, но возникает опасность разрыва маховика центробежной силой.
В молодости я прочитал книжку в поисках “энергетической капсулы”
Ее автор изобрел супермаховик, супервариатор, а если  все это установить на автомобиль, то и он  будет  – супер!Изобретение Нурбея Гулиа заключалось в том, что он придумал маховик навитый из металлической ленты. Такой маховик выдерживал центробежную силу в пять раз большую, чем литой . А при разрыве не разлетался на части, как артиллерийский снаряд, а тормозился лентой о кожух. Супермаховик в вакуумном корпусе с магнитной подвеской и скоростным электродвигателем-генератором для отбора мощности. В общем, жил бы на западе, давно бы уже был мультимиллионером, а не обклеивал квартиру авторскими свидетельствами вместо обоев (у него их три сотни).
С приходом нанотехнологий его изобретение приобрело еще большую значимость. Вот, что он пишет:
>если из такого материала (карбоновое нановолокно) навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1Мв-час/кг, или в тысячи раз больше, чем у самых перспективных аккумуляторов! Это значит, что на таком накопителе массой в 150 кг легковой автомобиль сможет пройти с одной зарядки свыше 2 миллионов километров — больше, чем способно выдержать шасси. То есть теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива. Удельная энергоемкость такого сверхнакопителя в 500—1000 кВт·ч/кг позволит, например, создать электромобиль, заряжаемый прямо на сборочном конвейере один раз на весь срок эксплуатации машины. Два-три десятка килограммов нового супермаховика обеспечат накопление дешевой ночной электроэнергии для огромного дома и расходование этой энергии днем. .>
Фантаст, конечно, но идея красивая!

 Американская компания Beacon Power основанная в 1997 году, сделала большой шаг в этом направлении, создав целую линейку тяжелых стационарных супермаховиков, предназначенных  для включения в промышленные энергосети.

Накопители представляют собой цилиндрические емкости, высотой по пояс человека или по грудь, внутри которых на активных магнитных подшипниках  подвешены супермаховики, которые могут раскручиваться до штатных 22,5 тысяч оборотов в минуту.
Расчетный срок службы – 20 лет, диапазон рабочих температур – от минус 40 до плюс 50 по Цельсию. Согласитесь, для химических аккумуляторов трудновато было бы обеспечить такие показатели. Полностью статья тут
У нас придумали, у них сделали. Дело привычное…
Еще видео –  Гулиа о патентах http://my.mail.ru/video/mail/gulia_nurbei/25/32.html#video=/mail/gulia_nurbei/25/32

Источники
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%83%D0%BB%D0%B8%D0%B0,_%D0%9D%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B5%D0%B9_%D0%92%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87
http://www.i-r.ru/show_arhive.php?year=2005&month=12&id=1133
http://nurbejgulia.ru/

engineering-ru.livejournal.com

Механические батареи — Naked Science

Чем больше мобильных устройств появляется в мире, чем дешевле становятся электромобили ? тем выше потребность в портативных накопителях энергии. И пока одни инженеры совершенствуют электрохимические батареи, другие считают, что будущее ? за накопителями совершенно иного типа. Механическими.

Быстро вращающийся на оси диск ? маховик ? сохраняет энергию в своем движении. Это, наверное, одно из древнейших устройств, известных человечеству. Во всяком случае, каменный диск гончары использовали уже много тысяч лет назад: при достаточной тяжести он смягчал неравномерность вращения, которое придавали ему ногой. Похожее устройство используется и в современных автомобилях, сглаживая рывки от движения поршней двигателя.

^{Маховик фабричной стационарной паровой машины}

^{©wikimedia/ Витольд Муратов}

Однако даже современные технологии далеко не исчерпывают всех возможностей маховика. Теория предсказывает, что при достаточно быстром вращении он может накапливать очень внушительное количество кинетической энергии, которую легко не только наращивать, но и использовать, превратив маховик в электромеханический аккумулятор.

По расчетам, емкость такой батареи будет исключительно высокой. Классический кислотно-свинцовый аккумулятор способен накапливать до 30-40 Вт*ч на килограмм собственного веса, а электромеханический ? до 100-130 Вт*ч/кг. При этом маховик способен и набирать, и отдавать эту энергию на любой скорости, в том числе ? очень быстро ? не разрушаясь и не повреждаясь. Вдобавок, они почти нечувствительны к экстремальным температурам, а срок их жизни может составлять не годы, а десятки лет.

^{Маховик со старой фабрики}

^{©wikimedia/ Rajesh Dhawan}

Так что вряд ли удивительно, что если широкой публике электромеханические накопители еще не знакомы, и военные, и крупные компании весьма серьезно присматриваются к их возможностям и перспективам. В электросетях они способны сглаживать скачки напряжения, позволят эффективно хранить большие резервы энергии. В технологию вкладывается и NASA: пара противоположно вращающихся маховиков позволит создать уникальное устройство, которое способно не только накапливать, хранить и отдавать энергию, но и будет работать в качестве гироскопа.

Впрочем, самые большие перспективы от использования маховиков ждут в области автомобильного транспорта. Здесь вращающиеся накопители смотрятся совершенно естественно ? и более того, подобные средства передвижения создавались уже десятки лет назад. В Швейцарии и Бельгии в 1950-х годах курсировали автобусы Gyrobus, в которых использовался 3-тонный стальной маховик, связанный с бесшумным электромотором. На заряжающей станции маховик разгонялся до 3000 об./мин, а в поездке работал как ротор генератора электроэнергии для двигателя. «Зарядка» занимала от 30 сек до 3 мин, и до следующей станции Gyrobus мог проехать более 10 км на скорости до 60 км/ч.

^{Gyrobus G3 – единственный в мире сохранившийся гиробус}

^{©wikimedia/ Vitaly Volkov}

К сожалению, эксперимент был признан неудачным: закрепленный на стандартном автобусном шасси мощный маховик быстро разрушал его. Изрядная часть энергии терялась при вибрациях и трении, заставляя водителей заезжать на станции для подзарядки слишком часто. Словом, Gyrobus оказался совершенно неоправдан экономически.

^{Моторное отделение гиробуса. Справа виден трtхфазный двигатель, ниже него – картер маховика}

^{©wikimedia/ Vitaly Volkov}

С тех пор практически все инженерно-технические проблемы, от которых страдал Gyrobus, решены. Например, сегодня имеются подходы, позволяющие в разы снизить вес маховика. Принцип простой: чем больше масса тела ? тем больше энергии в его вращении можно накопить. Но эта емкость растет с массой линейно, зато со скоростью вращения ? пропорционально ее квадрату (в соответствии с известной формулой расчета кинетической энергии). Современные материалы ? прочнее и легче стали ? позволяют разогнать его до нужных скоростей. Маховик из углеволокна может накопить в 20 раз больше энергии, чем стальной той же массы.

Современные маховики вращаются в воздухе, а то и в вакуумной камере, подвешенные системой электромагнитов, что позволяет почти полностью избавиться от потерь энергии на трение. В некоторых лабораторных установках экспериментальные системы после раскручивания сохраняли энергию, вращаясь месяцами и даже годами. Немудрено, что уже в 1990-е стали появляться новые прототипы электромобилей «на механической тяге».

^{Маховик на тракторе Landini VL30}

^{©Sp?th Chr}

Система, предложенная тогда разработчиками US Flywheel Systems, использовала углепластиковый, левитирующий в магнитном поле маховик, вращающийся в вакууме на скорости до 100 тыс. об./мин ? все это весило меньше 50 кг и стабильно выдавало на двигатель 20 л.с. 16 таких батарей инженеры вмонтировали в автомобиль обычных размеров, обеспечив его 800 л.с. и пробегом до 500 км без подзарядки. К сожалению, развернуть проект во что-либо массовое, авторам не удалось.

В самом деле, проекты автомобилей на электромеханической тяге сталкиваются со множеством сложностей и сегодня. Например, до сих пор крайне трудно добиться стабильности вращения подвешенного в вакууме маховика при тряске и в движении. Магнитные «подвески» должны моментально реагировать на каждое сотрясение, торможение или разгон, удерживая маховик в нужном положении.

Другую проблему представляет гироскопический эффект, из-за которого вращающийся ротор сопротивляется изменению ориентации своей оси. Иначе говоря, тяжелый маховик будет довольно успешно мешать автомобилю повернуть даже в положенном месте. Отдельные опасения вызывает безопасность. Автомобиль, подобный тому, что предлагала US Flywheel Systems, несет «на борту» кинетической энергии не меньше мчащегося танка, и при разрушении вся она будет моментально высвобождена. Кстати, уже в процессе разработки электромеханических батарей, несмотря на то, что они так и не дошли до массового пользователя, это стало причиной не одной смерти.

Стоит сказать, что инженеры смотрят в будущее таких систем с оптимизмом. Ни одна из перечисленных проблем не выглядит нерешаемой. Магнитные «подвески» быстро совершенствуются, с гироскопическим эффектом есть способы бороться (например, сочетая пары маховиков с противоположными направлениями вращения), над вопросами безопасности тоже можно поработать. Одним словом, чтобы маховики вошли в нашу жизнь и сделали ее еще немного лучше, нужно то же, что и для любой другой технологии: заинтересованность, финансирование, человеческая изобретательность и какое-то время.

К сожалению, не со всеми этими пунктами у маховиков в порядке. Автомобильные гиганты так и не решились финансировать подобные проекты в полном объеме, и их разработчики ? такие как US Flywheel Systems ? либо свернули деятельность, либо переключились на системы для выполнения задач космонавтики и электроэнергетики. Это переключение, впрочем, наверняка позволит набрать опыта и создать решения, на которые «клюнут» и автогиганты. В конце концов, в современном мире, требующем отхода от углеводородов в качестве основного источника энергии, выбор у них не так велик.

naked-science.ru

Работает супермаховик. Удивительная механика

Работает супермаховик

Есть ли уже сегодня машины, на которых установлены супермаховики? Да, есть. Пусть эти машины и не выпускаются пока сериями, как «жигули» или «фольксваген», но они существуют. Работают, ездят, всех удивляют.

Самым типичным автомобилем, работающим за счет энергии супермаховика, является, пожалуй, маленький двухместный «махомобиль» американского ученого Дэвида Рабенхорста. Попробуем на его примере разобраться в устройстве махомобилей.

Супермаховик махомобиля соединен с валом разгонного электродвигателя, причем электродвигатель размещен в воздушной среде, чтобы он лучше охлаждался, а супермаховик – в вакууме, чтобы не было лишних потерь энергии. На выходе из вакуумной камеры вал герметизирован магнитным уплотнением. В принципе можно даже разрезать вал и вывести вращение из вакуума специальными магнитными муфтами.

Маховичный автомобиль (махомобиль) Девида Рабенхорста

Другой конец вала супермаховика соединен с гидронасосом обратимого типа, который может работать и в режиме гидродвигателя; о таких гидромашинах я уже говорил. Жидкость – масло от гидронасоса через распределитель или, что одно и то же, через механизм управления махомобилем, подается в четыре маленькие гидромашины, встроенные в колеса махомобиля. Таким образом, все колеса махомобиля ведущие, и это очень хорошо – махомобиль быстро разгоняется, движется устойчиво, без заносов.

В махомобиле нет таких привычных автомобильных частей, как сцепление, коробка передач, карданный вал, дифференциал, полуоси, электроаккумуляторы, стартер и генератор; отсутствует топливный бак и вся топливная система, система охлаждения с вентилятором, глушитель и, наконец, сам двигатель внутреннего сгорания. Махомобиль бесшумен, он не загрязняет окружающую среду выхлопными газами, приводится в движение практически мгновенно. Известно, что супермаховик может развивать громадные мощности, так необходимые автомобилям для быстрого разгона.

Зарядка энергией, или разгон супермаховика, производится включением разгонного электродвигателя в сеть. Время зарядки – 20—25 мин, что в десятки раз быстрее по сравнению с продолжительностью зарядки электроаккумуляторов. Для приведения махомобиля в движение повышают наклоном шайбы производительность насоса, и масло начинает поступать в гидродвигатели колес, разгоняя машину. Больше наклон шайбы – больше скорость.

Махомобиль рассчитан на крейсерскую, то есть постоянную скорость 90 км/ч, причем кратковременно скорость может быть значительно увеличена, например для выполнения обгонов.

Путь пробега махомобиля с одной зарядки пока около 60 км, но его планируется увеличить в три раза. Это при массе супермаховика 100 кг, скорости его вращения от 23 700 до 11 900 оборотов в минуту и запасе энергии 24 МДж. Удельная энергия супермаховика составляет 240 кДж/кг. Правда, уже испытаны супермаховики с удельной энергией в 650 и даже 700 кДж/кг, а это значит, что и путь пробега увеличивается почти до 500 км!

У махомобиля рекордно малая по сравнению с электро– и автомобилями стоимость пробега – около доллара на 100 км пути. Я думаю, вряд ли какой водитель откажется от такой машины!

Посмотрим теперь, каковы характеристики агрегатов махомобиля Рабенхорста по мощности и массе. Разгонный электродвигатель мощностью 30—40 кВт – 18,4 кг, гидронасос мощностью 37,5 кВт – 11,4 к г, четыре гидродвигателя колес такой же общей мощности – 10 к г, приборы управления – 9 кг, шасси – 175 кг, кузов – 270 кг. Вместе с супермаховиком, его корпусом, подвеской и даже пассажирами выходит чуть более 600 кг.

Махомобиль не боится длительных стоянок – маховик может вращаться без остановки почти полтора месяца. И это не предел, потому что так называемые кольцевые супермаховики, о которых будет сказано ниже, рассчитаны на более чем годичный выбег, а американский 45-килограммовый маховик в магнитном подвесе имеет столь малые потери, что способен крутиться без остановки свыше 10 лет!

Подвеска супермаховика в махомобиле тоже магнитная, только она практичнее, чем «абсолютный» магнитный подвес: здесь есть подшипники, способные не только принимать на себя усилия при тряске, но и ослаблять гироскопическую нагрузку при повороте оси супермаховика.

На сегодняшний день в разных странах уже построено много супермаховичных автомобилей и автобусов. Некоторые из них, как и швейцарский гиробус, оснащены штангами и могут двигаться как троллейбус. Но при этом раскручивается и супермаховик, который потом снабжает током тяговые электродвигатели. Такие машины, названные гиротроллейбусами, не тратят время, подобно гиробусу, на раскрутку супермаховика, так как «зарядка» идет на ходу. Затем, после разгона супермаховика, гиротроллейбусы едут на накопленной энергии до конечной остановки через весь город. В отличие от швейцарского гиробуса, маховик в таком гиротроллейбусе весит не 1,5 т, а всего около 300 кг.

Гиротроллейбус фирмы «Локхид» (США) (а) и его маховичный накопитель (б)

Существуют проекты использования супермаховиков в авиации. В одном из них для взлета сверхзвуковых самолетов предлагают применять маховичную катапульту. Если разогнать крупный маховик электродвигателем, а затем подключить его к лебедке, соединенной тросом с самолетом, то маховик за несколько секунд разовьет гигантскую мощность, в десятки раз превышающую мощность электродвигателя. За считанные секунды самолет разгонится до 400 км/ч и взлетит. При этом путь разгона будет не более 100—150 м. Такой запуск очень надежен и экономичен.

Маховичная катапульта

Двойную пользу можно получить от установки супермаховиков на легких тихоходных самолетах, у которых собственный двигатель развивает мощность не более 90-120 кВт. Супермаховик массой всего 13 кг способен выдать мощность 115 кВт в течение 20 с, а массой 57 кг – 225 кВт в течение 60 с – время, вполне достаточное для взлета. Кроме того, раскрученный супермаховик обеспечит безопасность экипажа в случае остановки мотора самолета. Энергии, накопленной в супермаховике, хватит для трехминутного полета самолета без мотора. Летчики успеют выбрать пригодную для посадки площадку и приземлиться.

Шотландский маховичный вертолет, прозванный «прыгающий Гиро»

Еще в 30-х годах прошлого века в Шотландии был построен маховичный вертолет. Разгоняли маховик на земле вместе с воздушным винтом, лопастям которого задавали нулевой угол атаки, чтобы разгон шел легче. После разгона маховика лопасти устанавливали под нужным углом, и машина взмывала в небо. Когда энергии в маховике оставалось уже мало, вертолет плавно опускался. Не правда ли, это очень похоже на игрушечный вертолет, в котором разгон лопастей-маховиков производится пусковым шнурком?

А полвека спустя в США создали разведывательный беспилотный вертолет с супермаховиками. Два легких кольцевых супермаховика диаметром 1,4 м, вращающиеся в разные стороны, раскручивают воздушные винты, расположенные внутри колец супермаховиков. Кольца разгоняют до 4 тыс. оборотов в минуту на специальном автомобиле, с которого вертолет стартует. Вертолет быстро поднимается на 100-метровую высоту, зависает там и, имея на борту фото– и телеаппаратуру, производит съемки или телепередачи. Подобный вертолет удобно использовать и для пожарных работ – его двигатель не заглохнет от дыма, а баки с горючим не загорятся, так как на этом вертолете нет ни двигателя, ни баков.

Разведывательный беспилотный маховичный вертолет

Если нужно попасть на борт вертолета, зависшего высоко над землей, или на какую-нибудь площадку на высоте 100 м и более, лучше всего воспользоваться для этого маховичным подъемником, который позволяет поднять девять человек подряд, причем в пять раз быстрее обычных моторных подъемников. Маховик подъемника разгоняется маленьким электродвигателем мощностью 1,5 кВт до 28 тыс. оборотов в минуту.

Осуществить экстренный спуск с того же вертолета или из окна горящего высотного здания поможет маховичный лифт, в разработке которого довелось участвовать и мне. При пожаре нередко требуется срочно эвакуировать людей с верхних этажей дома, но в это время ток от здания, как правило, отключают и никакие подъемные механизмы не работают. Вот и придумали особое устройство для такого случая.

Человек надевает специальный пояс с прикрепленной к нему лентой и прыгает вниз. Лента намотана на валу небольшого маховика или супермаховика, как в ленточном вариаторе, о котором речь шла выше. Сматываясь с вала, она разгоняет маховик, сначала медленно, а затем все сильнее и сильнее. Человек же, Втулка наоборот, приближаясь к земле, все больше и больше теряет скорость. И наконец мягко – Корпус приземляется. Пояс с лентой сам поднимается вверх за счет энергии маховика, раскрученного ранее спустившимся человеком. Так маховичный лифт может доставлять на землю одного за другим сколько угодно людей.

Маховичный лифт

Поистине безграничные возможности открываются перед супермаховиками в космосе.

В космическом вакууме у супермаховиков совершенно нет потерь на трение о воздух, а невесомость устраняет нагрузки на подшипники. В этом случае подшипники могут быть простыми «сухосмазывающимися» втулками.

На некоторых спутниках связи уже несколько лет используют супермаховичные накопители энергии. Дело в том, что спутники связи, транслирующие на большие расстояния телефонные разговоры, телепрограммы и радиопередачи, работают обычно не только от солнечных батарей, но и от аккумуляторов энергии, которые дают ток, пока Земля загораживает спутник от Солнца и тот находится в тени. Однако время жизни электрохимических аккумуляторов невелико, они быстро выходят из строя, а из-за них прекращает существование и сам спутник, который мог бы служить еще долго. Вот и пал выбор на долговечные супермаховики. Они вращаются в магнитной подвеске со скоростью 40 тыс. оборотов в минуту. Плотность энергии супермаховиков для спутников связи примерно 0,1 МДж/кг.

В исследовательском центре США создана супермаховичная установка для международной космической станции, превосходящая по своим показателям ранее применявшиеся никель-водородные аккумуляторы. Супермаховик запасает большее количество энергии, а срок его службы вдвое дольше, чем у химических аккумуляторов.

Видимо, не обойтись без супермаховиков и на космических станциях, которые отправятся к далеким планетам, где почти нет солнечного света, дающего энергию для питания электронного оборудования станций. По мнению ученых, кратковременных включений пиропатронов будет вполне достаточно, чтобы с помощью газовой турбины так разогнать супермаховик, что его энергии надолго хватит для бесперебойной работы всех приборов.

В космосе супермаховики необходимы и для более прозаических дел – например, для ремонта станций, приведения в движение механизированного инструмента.

Допустим, космонавту нужно просверлить отверстие или завернуть гайку. Если он применит обыкновенную дрель или гайковерт, то реактивный момент, действующий на корпус ручного инструмента, закрутит в первую очередь самого космонавта. На Земле такого не случается, так как этому противодействует сила тяжести и сила трения, а в условиях невесомости – это обычное явление.

Теперь проделаем следующий опыт. Возьмем самый простой детский волчок – юлу, укрепим на ее кончике сверло, разгоним юлу и уберем руку. На первый взгляд как будто ничего удивительного – юла стоит на сверле и сама сверлит подставку. А ведь ни с какой из обычных дрелей подобный опыт никогда не получится. Даже у электрической дрели корпус тотчас завертится в противоположную сторону и порвет все провода.

Дело в том, что маховики и супермаховики обладают свойством «безреактивности», то есть при вращении они не оказывают реактивного действия на корпус и другие части устройства. Маховик связан с корпусом только подшипниками, а они, свободно проворачиваясь, не передают вращательных усилий.

Маховичная «безреактивная» дрель

Изготовленная мною маховичная дрель успешно сверлила любые доски. При этом она прекрасно выдерживала вертикальное направление благодаря еще одному свойству маховика, о котором уже упоминалось, – способности сохранять устойчивое положение свободной оси в пространстве.

Чтобы проверить это свойство самому, лучше всего снять велосипедное колесо с вилки, взяться за концы оси и, держа колесо на вытянутых руках, попросить товарища раскрутить его. Если колесо раскручено как следует, никакие попытки свернуть ось в сторону ни к чему не приведут, даже несмотря на большие усилия. Колесо будет сопротивляться совсем как живое, стараясь вырваться из рук. Суть происходящего состоит в том, что ось вращающего маховика всякий раз стремится повернуться не туда, куда мы прилагаем усилие, а под прямым углом к этому направлению.

Существует много способов узнать, куда будет поворачиваться ось маховика, но все они трудны и рассчитаны на специалистов. Поэтому я придумал для себя способ попроще, который назвал «правилом колеса». Запомнить его ничего не стоит, достаточно иметь в кармане хотя бы одну монетку или колесико. Пустим монетку катиться по столу. Скоро она начнет падать набок, но что для нас особенно важно – она и сворачивать будет в ту же сторону. Теперь представим себе, что монетка – это вращающийся маховик. Допустим, мы пытаемся свернуть ось этого маховика в ту же сторону, куда падает монета. Направление поворота монеты позволит нам определить, куда на самом деле будет сворачивать ось маховика. Вот и все правило.

Опыт с монетой, демонстрирующий гироскопический эффект

Если ничто не воздействует на ось маховика, то она безупречно сохраняет свое положение в пространстве. И это делает маховик незаменимым в навигационных приборах, которые сейчас устанавливают на всех кораблях, самолетах, ракетах. Называют такие приборы гироскопическими. Об этих интереснейших приборах много написано, и я не буду подробно останавливаться здесь на них. А вот об автомобиле, в котором был применен как раз гироскопический эффект вращающегося маховика, думаю, сказать надо. Построил этот «гирокар» в 1914 году русский инженер П. П. Шиловский. Гирокар демонстрировался в Лондоне, где вызвал огромный интерес. Еще бы, машина Шиловского имела всего два колеса, как велосипед, однако она сохраняла без каких-либо упоров устойчивое положение, даже если все пассажиры садились по одну сторону. «Держал» машину раскрученный маховик благодаря гироскопическому эффекту. В гирокаре использовался примитивный автомат с датчиком наклона в виде шарика в трубке и сервомотором, воздействующим на 300-килограммовый маховик.

Гирокар П. П. Шиловского (а) и принцип его действия (б)

Такие автомобили строились и позже. Возможно, что будущий махомобиль с супермаховичной «энергетической капсулой» спроектируют тоже двухколесным, чтобы использовать сразу оба замечательных свойства супермаховика – способность накапливать энергию и сохранять неизменное положение в пространстве.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

Супермаховик — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Супермахови́к — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии.

За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм веса^[1]. В частности, в 1964 году советский инженер Н. В. Гулиа заявил авторские права на одну из конструкций, которой и дал название «супермаховик».

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна или углеродных композитов. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор-генератор, где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при подключении нагрузки — отдавать. КПД этого преобразования достигает 98 %^[2].

Маховики как буферные устройства начали использоваться ещё во времена неолита, например, в устройстве гончарного круга^[3]. В XX веке маховик претерпел ряд конструктивных изменений, позволявшим ему запасать энергию на значительное время. Так, например, в 1950-х годах вакуумированные маховики использовались в экспериментальном общественном транспорте, в частности испытывались гиробусы^[4].

ru.wikipedia.org

? МАХОВИК КАК АККУМУЛЯТОР И НАКОПИТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СУПЕРМАХОВИК Игорь Белецкий

Вращающийся маховик является лучшим накопителем энергии.FLYWHEEL ENERGY STORAGE. Занимательная физика. Супермаховик

Если Вас затронуло это видео поддержите его лайком, или оставьте отзыв, мне очень важна Ваша поддержка. Сделайте его репост в соцсетях.

Меня зовут Игорь Белецкий. Я давно увлекаюсь техническим творчеством и популяризацией науки в интернете. Мои видео говорят сами за себя. Сегодня я посвящаю этому занятию все свое время, превратив хобби в работу.
Только благодаря финансовой поддержке постоянных зрителей, мои ролики бесплатны для всех, и я хочу, чтобы так было всегда.

Но учитывая не стабильную экономическую (и прочую) обстановку в стране, хочу обратиться к новым зрителям – окажите (у которых есть возможность конечно) любую благотворительную помощь моим экспериментам.

Это позволит мне поддерживать материальную базу и арендовать помещение для работы. А также, снимать ролики чаще и делать их ещё интереснее. Моя цель выпускать новый ролик каждую неделю.

Я очень надеюсь, что мой проект продолжит существование в этот не простой период грязных политических игр, войн и мракобесия.

QIWI +380979363329

WebMoney( U333875824154; Z287234330137;R287776577874 )

Яндекс деньги410011260810394

Карта Приват Банка 5168 7423 4754 5463

По системе liqpay.com/ru на мой личный телефон (+38) 067- 393-13- 82

Или любым частным переводом на меня лично, Украина, г.Харьков, BELETSKIY IGOR LEONIDOVICH

Подписывайтесь, заказывайте эксперименты, принимайте активное участие в жизни
моего канала. Мой сайт physicstoys.narod.ru , почта [email protected]

Спасибо всем тем, кто уже протянул руку помощи и не позволил проекту развалиться ещё в начале этого года.

Я исследую физические явления, проверяю теории и демонстрирую результат.
Станьте свидетелем чудесного преобразования энергии из одного вида в другой. Занимательная физика, научные эксперименты, эффектные опыты, технические самоделки, идеи, гипотезы, изобретения и разоблачения.
Двигатель Стирлинга, паровой двигатель, паровая турбина, генератор электричества, электрогенератор, магнетизм, магнитная левитация, магнитный двигатель, магнитный подшипник, магнитный подвес, маховик накопитель энергии, супермаховик, водяной насос, концентратор солнечных лучей, паровая пушка, паровая ракета, вечный двигатель, свободная энергия и многое другое.
Stirling engine, Steam engine, Steam Turbine, Generator, Linear Electric Generator, Free Piston Engine, Steam Machine, Thermal Lag Engine, Harwell Thermomechanical Generator TMG, Thermoacoustic Stirling engine, Magnetic Bearing, Magnetic Levitation, Solar concentrator, perpetuum mobile, magnet motor, free energy,water pump.

newsvideo.su

Маховичный накопитель / Блог им. Beholder / magSpace.ru

Мир электроники и электричества наступает! Милые поклонникам механики устройства все чаще уступают место машинам с электромоторами и электронными схемами. Однако мир будущего станет более механическим! Так считает профессор Нурбей Гулиа. За последние десятилетия механические накопители энергии заметно прибавили в энергоемкости, и именно их, по мнению ученого, будут использовать во многих устройствах вместо привычных электрохимических аккумуляторов.

Пружина, резина, конденсатор…

Во всем мире вряд ли найдется человек, который посвятил себя разработке маховичных накопителей энергии в большей мере, чем Нурбей Гулиа. Ведь делом своей жизни изобретатель начал заниматься в 15 лет. Тогда советский школьник Нурбей решил изобрести «энергетическую капсулу» – так он назвал накопитель энергии, который должен был стать столь же энергоемким, как бак с бензином, но при этом копить в себе абсолютно безвредную для человека энергию.

Первым делом любознательный школьник опробовал аккумуляторы различных типов. Одним из самых безнадежных вариантов оказался пружинный накопитель. Чтобы обычный легковой автомобиль проехал с таким аккумулятором 100 км пути, последний должен был весить 50 т.
Резиновый аккумулятор показался куда перспективней: накопитель с зарядом на 100 км мог весить «всего» 900 кг. Заинтересовавшись, Нурбей даже разработал резиноаккумулятор инновационной конструкции для привода детской коляски. Один из прохожих, очарованный самоходной коляской, посоветовал разработчику подать заявку в Комитет по изобретениям и даже помог с ее составить. Так Гулиа получил первое авторское свидетельство на изобретение.

Вскоре резину сменил сжатый воздух. И опять Нурбей разработал инновационное устройство – относительно компактный гидрогазовый аккумулятор. Однако, как выяснилось в ходе работы над ним, при использовании сжатого газа энергетический «потолок» был невысок. Но изобретатель не сдался: вскоре им был построен пневмокар с подогревом воздуха горелками. Эта машина получила высокую оценку у его друзей, но по своим возможностям была еще далека от того, чтобы конкурировать с автомобилем.

Особенно тщательно будущий профессор отнесся к проработке варианта «электрической капсулы». Нурбей оценил возможности конденсаторов, электромагнитов и, разумеется, собрал всю возможную информацию об электрохимических аккумуляторах. Был даже построен электромобиль. В качестве аккумулятора для него конструктор использовал батарею МАЗа. Однако возможности тогдашних электрохимических аккумуляторов Гулиа не впечатлили, не было и оснований ожидать, что в области энергоемкости произойдет прорыв. Поэтому из всех накопителей энергии наиболее перспективными Нурбею Владимировичу показались механические аккумуляторы в виде маховиков, несмотря на то что в то время они ощутимо проигрывали электрохимическим накопителям. Тогдашние маховики, даже сделанные из самой лучшей стали, в пределе могли накопить только 30–50 кДж на 1 кг массы. Если раскручивать их быстрее, они разрывались, приводя в негодность все вокруг. Даже свинцово-кислотные аккумуляторы с энергоемкостью 64 кДж/кг смотрелись на их фоне крайне выигрышно, а щелочные аккумуляторы с плотностью энергии 110 кДж/кг были вне конкуренции. Кроме того, уже тогда существовали страшно дорогие серебряно-цинковые аккумуляторы: по удельной емкости (540 кДж/кг) они примерно соответствовали самым емким на сегодня литий-ионным аккумуляторам. Но Гулиа сделал ставку на столь далекий от совершенства маховик…

Маховик на миллион

Чем выше частота вращения маховика, тем сильнее его частицы «растягивают» диск, пытаясь его разорвать. Поскольку разрыв маховика дело страшное, конструкторам приходится закладывать высокий запас прочности. В результате на практике энергоемкость маховика раза в три ниже возможной, и в начале 1960-х годов самые совершенные маховики могли запасать всего 10–15 кДж энергии на 1 кг. Если же применить более устойчивые к разрыву материалы, прочность маховика станет выше, но такой скоростной маховик становится опасным. Получается порочный круг: прочность материала возрастает, а предельная энергоемкость увеличивается незначительно. Нурбей Гулиа поставил своей задачей вырваться из этого замкнутого круга, и в один памятный день он испытал момент внезапного прояснения. На глаза изобретателю попался тросик, свитый из проволок, – такие обычно применяют в тренажерах для подъема тяжестей. Тросик был примечателен тем, что обладал высокой прочностью и никогда не рвался сразу. Именно этих качеств и не хватало тогдашним маховикам.

Ученый принялся за работу: сначала поэкспериментировал с тросом, скатав из него маховик, а потом заменил проволочки тонкой стальной лентой такой же прочности – ее намотка была плотнее, а для надежности можно было склеить витки ленты между собой. Разрыв такого маховика уже не представлял опасности: при превышении предельной скорости первой должна была оторваться наиболее нагруженная внешняя лента. Она прижимается к корпусу и автоматически затормаживает маховик – никаких несчастных случаев, а оторванную ленту можно приклеить снова.

Первое испытание, когда ленточный маховик Гулиа раскручивался от скоростного электромотора пылесоса, прошло успешно. Маховик вышел на максимальную частоту вращения без разрыва. А затем, когда ученому удалось испытать этот маховик на специальном разгонном стенде, выяснилось, что разрыв наступал только при скорости обода почти 500 м/c или плотности энергии около 100 кДж/кг. Изобретение Гулиа в несколько раз превзошло по плотности энергии самые передовые на то время маховики и оставило позади свинцово-кислотные аккумуляторы.

В мае 1964 года Гулиа первым в мире подал заявку на изобретение супермаховика, но из-за бюрократизма советской патентной системы получил необходимый документ только через 20 лет, когда срок его действия уже истек. Но приоритет изобретения за СССР сохранился. Жил бы ученый на Западе – давно бы стал мультимиллионером.

Через какое-то время после Гулиа супермаховик изобрели и на Западе, и спустя годы ему находят множество применений. В разных странах разрабатываются проекты маховичных машин. Американские специалисты создают беспилотный вертолет, в котором вместо двигателя используют супермаховики. Отправляют супермаховики и в космос. Там для них особенно благоприятная среда: в космическом вакууме нет аэродинамического сопротивления, а невесомость устраняет нагрузки на подшипники. Поэтому на некоторых спутниках связи применяются супермаховичные накопители – они долговечнее электрохимических аккумуляторов и могут долгое время снабжать аппаратуру спутника энергией. Недавно в США стали рассматривать возможность применения супермаховиков в качестве источников бесперебойного питания для зданий. Там уже работают электростанции, которые во время пика потребления энергии увеличивают мощность за счет маховичных накопителей, а при спаде, обычно в ночное время, направляют избытки энергии на раскручивание маховиков. В итоге у электростанции значительно повышается КПД работы. Кроме того, потери энергии в супермаховиках составляют всего 2% – это меньше, чем у любых других накопителей энергии.

Профессор Гулиа тоже времени зря не терял: создал очень удобную маховичную дрель, разработал первый в мире гибридный маховичный автомобиль на базе УАЗ-450Д – он оказался вдвое экономичней обычной машины. Но главное – профессор постоянно совершенствует разные элементы своей маховичной концепции, чтобы сделать ее по-настоящему конкурентоспособной.

Чудо-махомобили

Можно ли вывести супермаховик на уровень самых емких аккумуляторов? Оказывается, это не проблема. Если вместо стали использовать более прочные материалы, то пропорционально вырастет и энергоемкость. Причем, в отличие от электрохимических аккумуляторов, здесь практически нет потолка.

Супермаховик из кевлара на испытаниях при той же массе накапливал в четыре раза больше энергии, чем стальной. Супермаховик, навитый из углеволокна, может в 20–30 раз превзойти стальной по плотности энергии, а если использовать для его изготовления, например, алмазное волокно, то накопитель приобретет фантастическую энергоемкость – 15 МДж/кг. Но и это не предел: сегодня с помощью нанотехнологий на основе углерода создаются волокна фантастической прочности. «Если из такого материала навить супермаховик, – рассказывает профессор, – плотность энергии может достичь 2500–3500 МДж/кг. А значит, 150-килограммовый супермаховик из такого материала способен обеспечить легковому автомобилю пробег в два с лишним миллиона километров с одной прокрутки – больше, чем может выдержать шасси машины».

За счет того что супермаховик вращается в вакууме, а его ось закреплена в магнитной подвеске, сопротивление при вращении оказывается минимальным. Возможно, такой супермаховик может крутиться до остановки многие месяцы. Однако машина, способная работать в течение всего срока службы без заправок, пока еще не изобретена. Мощности современных электростанций определенно не хватит для зарядки таких серийных чудо-махомобилей.

Но именно автотранспорт, считает профессор, самая подходящая сфера применения супермаховиков. И показатели машин проекта Гулиа, на которых он планирует использовать супермаховики, не менее удивительные. По оценке ученого, «здоровый» расход топлива у бензинового автомобиля должен составлять примерно 1,5 л на 100 км, а у дизельного – 1,2 л.

Как такое возможно? «В энергетике есть неписаный закон: при одинаковых капиталовложениях всегда более экономичен привод, в котором нет преобразований видов и форм энергии, – поясняет профессор. – Двигатель выделяет энергию в виде вращения, и ведущие колеса автомобиля потребляют эту энергию тоже в виде вращения. Значит, не надо преобразовывать энергию двигателя в электрическую и обратно, достаточно передавать ее от двигателя к колесам через механический привод».

Таким образом, механический гибрид оказывается максимально энергосберегающим и, как уверяет ученый, в условиях города снижает расход топлива в три раза! Применение супермаховика, который запасает огромное количество энергии от двигателя, а затем практически без потерь отправляет ее на колеса через супервариатор, позволяет снизить размер и мощность двигателя. Двигатель же в проекте ученого работает только в оптимальном режиме, когда его КПД наиболее высок, поэтому-то «суперавтомобиль» Гулиа столь экономичен. Имеется у профессора и проект использования топливных элементов с супермаховиком. У топливных элементов КПД в пределе может быть почти вдвое выше, чем у ДВС, и составляет около 70%.

«Но почему же при всех достоинствах такой схемы она пока не используется на автомобилях?» – задаем мы очевидный вопрос. «Для такой машины был необходим супервариатор, а он появился сравнительно недавно и сейчас только начинает производиться, – объясняет профессор Гулиа. – Так что такой автомобиль на подходе». Нашему журналу приятно сознавать, что если такой автомобиль появится, то в этом будет и наша заслуга. После того как в «Популярной механике» появилась статья о супервариаторе Гулиа, этим проектом сразу заинтересовались производители приводной техники, и сейчас профессор занимается созданием и совершенствованием своего супервариатора. А значит, стоит надеяться, что ждать суперавтомобиля осталось недолго…

Николай Корзинов

magspace.ru

1

Сегодня мы поговорим про способы восстановления автомобильного аккумулятора, причины выхода его и строя, а также затронем тему устройства и принципы работы АКБ.

Силовая установка любого авто, будь то бензинового или дизельного, запускается при помощи специального силового электромотора – стартера.

Но чтобы стартер начал работать, его нужно запитать электроэнергией. Для этого в авто предусмотрен внешний источник электроэнергии – аккумуляторная батарея (аккумулятор, АКБ).

• В основную задачу АКБ входит кратковременная отдача электроэнергии значительной мощности на стартер, чтобы обеспечить запуск силовой установки.
• Помимо этого, аккумулятор обеспечивает энергией все электрические приборы авто, до того момента, пока не запустится мотор, после чего запитка бортовой сети производиться от генератора.
• Сейчас производятся аккумуляторы, которые используются на авто, нескольких типов: кислотные, щелочные, недавно появились еще и гелевые.
• Наибольшее распространение на автомобилях имеют кислотные батареи, поэтому их мы и будем рассматривать.

2

Конструкция АКБ довольно надежная, и тем не менее бывают случаи повреждения аккумуляторов либо из-за неаккуратного пользования, либо при неправильном обслуживании.

Дальнейшее использование батареи на авто при его повреждении невозможно. Но если был поврежден сравнительно новый аккумулятор, не стоит его сразу менять, можно попытаться его восстановить.

1. Для начала разберемся, какова конструкция кислотного АКБ.
2. Если внешне посмотреть на него, то он состоит из закрытого пластикового корпуса с двумя выведенными клеммами.
3. Конструктивно аккумуляторы являются обслуживаемыми и необслуживаемыми.
4. У обслуживаемых АКБ имеются закрытые пробками отверстия в верхней части корпуса батареи.
5. Необслуживаемые аккумуляторы такими отверстиями не оснащаются, есть только небольшое отверстие для отвода газов.

3

Внутри же корпус разделен на 6 секций, именуемых банками. В этих банках размещаются рабочие элементы батареи – комплект положительных и отрицательных свинцовых пластин с нанесенными на них активной массой.

• Расположены они переменно, то есть — положительная пластина, рядом с ней расположена отрицательная, затем опять идет положительная.
• Дополнительно, чтобы исключить возможное соприкосновение этих пластин между ними располагается сепаратор.

4

Пластины объединены в блоки, каждый блок имеет выводную перемычку – баретку, которая подсоединена к мосту. При помощи баретки блоки каждой банки соединены между собой в общий мост с выводом на клемму.

5

Отдача электроэнергии у батареи производится за счет химических реакций, поэтому банки заполнены электролитом – строго дозированного раствора кислоты с дистиллированной водой.

Сам по себе аккумулятор электроэнергию не вырабатывает, он, по сути, является просто хранилищем электроэнергии.

При зарядке батареи поступающая на клеммы электрическая энергия от зарядного устройства или генератора преобразуется в химическую. А при разряде производится обратный эффект.

Действует все это так: при подключении к аккумулятору потребителя энергии, между собой в реакцию вступают губчатый свинец отрицательных пластин с двуокисью свинца положительной пластины и электролит.

Между ними происходит хим. реакция, в результате чего высвобождается электроэнергия, которая и расходуется потребителем. При этом на отрицательных пластинах появляется слой сульфата свинца.

При зарядке аккумуляторной батареи происходит обратный процесс, в результате которого слой появившегося сульфата растворяется в электролите, а на положительных пластинах образуется слой диоксида свинца.

Если по-простому, то при разрядке АКБ с положительных пластин частицы свинца из-за хим. реакции переносятся на отрицательные. А при заряде аккумулятора эти частицы возвращаются обратно на положительные пластины.

1. Все это сопровождается высвобождением или потреблением электрической энергии.
2. Устранение внешних неисправностей
3. Все неисправности аккумуляторной батареи можно разделить на внешние и внутренние.
4. Внешних неисправностей всего две – сильное окисление клемм, из-за чего происходит плохое соединение АКБ с бортовой сетью.

6

Второй неисправностью является пробой корпуса или из-за внешнего воздействия на него, или трещина на корпусе вызвана внутренними неисправностями.

7

По поводу клемм особо говорить нечего, если на них замечен сильный слой окислов, его счищают.

Пробой корпуса выявить несложно – из него будет протекать электролит. Трещину, если таковая имеется, можно заделать, но только в случае, если аккумулятор является обслуживаемым.

Из АКБ сливается электролит, после чего можно будет заделать трещину.

Для этого можно воспользоваться паяльником и куском пластика. Сначала пропаивается сама трещина, а затем для большей уверенности поверх припаивается подготовленный пластик.

• После чего нужно проверить герметичность корпуса, залив него дистиллированную воду.
• Внутренние неисправности
• Внутренних неисправностей, которые возникают в АКБ значительно больше, причем большая часть из них наносит батареи вред, который устранить невозможно.
• Одной из самых распространенных неисправностей батарей является сульфатация пластин.
• К сульфатации АКБ приводит неправильная эксплуатация – долгое хранение батареи в разряженном состоянии, частые глубокие разряды, постоянные недозаряды батареи, поэтому важно подбирать аккумулятор по марке автомобиля.
• Сама сульфатация – это образование на поверхности пластин сернокислого свинца, из-за которого электролит не может проникнуть вглубь активной массы, поэтому часть этой массы уже не может вступать в реакцию.

8

Сопротивление внутри АКБ возрастает, поэтому емкость падает, в итоге аккумулятор не может взять полностью заряд и быстро разряжается.

На ранних стадиях сульфатацию пластин можно устранить, но, если она глубокая – АКБ ремонту не подлежит.Еще встречаются такие неисправности, как осыпание активной массы с пластин, с возможным последующим замыканием.

Обычно при несильном осыпании помогает промывка батарей дистиллированной водой.

Возможно и вздутие АКБ из-за замерзания электролита. Происходит в случае, если разряженная батарея находилась на сильном морозе.

1. Восстановлению автомобильный аккумулятор после замерзания не подлежит.
2. Способы устранения сульфатации
3. Способов устранения сульфатации пластин применяется несколько.
4. Первый метод.

Первым, самым распространенным методом является проведение контрольно-тренировочного цикла (КТЦ). Использование этого метода позволит устранить сульфатацию на ранних стадиях и восстановить емкость АКБ.

Суть данного метода сводится к проведению цикла заряд-разряд. Для проведения КТЦ понадобиться наличие зарядного устройства, ареометра, вольтметра и источника потребления электроэнергии.

Сначала выполняется полная зарядка батареи. Зарядка АКБ производится током, по силе равным 10% от номинальной емкости, то есть при емкости батареи в 60 Ач, сила тока должна составлять 6 А. после зарядки к каждой банке проверяется плотность.

9

Данный показатель у полностью заряженной батареи должен составлять 1,27. Если это значение ниже, потребуется доведение плотности до нужного значения с последующей дозарядкой батареи в течение получаса, чтобы электролит перемешался.

10

После зарядки производится контрольный разряд. Для этого к клеммам подсоединяется источник потребления энергии. При этом потребление энергии подключенным потребителем не должно превышать 10% от емкости.

• Лучше всего в качестве потребителя использовать автомобильную лампу накаливания, с определенной мощностью.

11

Высчитать мощность, которая нужна можно путем умножения силы тока и напряжения. Сила тока при расчете берется исходя из емкости батареи.

То есть, при расчете мощности, которая нужна для проведения разряда батареи на 60 Ач, сила тока берется 6А, умножается это значение на 12В. Получаем значение мощности в 72 Вт, примерно такой мощности и нужна лампа.

Далее батарея разряжается лампой, при этом периодически замеряется напряжение.

Разряжая батарею нужно добиться снижения напряжения на клеммах до 10,2 В. Это значение напряжения будет указывать о полном разряде батареи.

При этом замеряется время, за которое произошла разрядка АКБ. У нового аккумулятора данное значение должно составлять около 10 часов. Чем меньше время разрядки, тем больше АКБ потерял свою емкость.

1. Надолго разряженный аккумулятор оставлять нельзя, его сразу же нужно ставить на зарядку до полного восстановления заряда.
2. При выполнении данной операции емкость батареи восстановится, а за счет снижения сульфатации снизиться внутренней сопротивление.
3. Следующий метод.
4. Вторым методом удаления сульфатации является применение реверсивных токов при зарядке батареи.
5. Недостатком метода реверсивного тока является потребность в специальном оборудовании – генераторе реверсивного тока.
6. Суть данного метода сводиться к длительному заряду батареи малыми токами.

Так при незначительной сульфатации АКБ заряжается незначительным током – 0,5-2 А. Причем зарядка производится длительный период, иногда может достигать 50 часов.

Окончанием процесса десульфатации является неизменность напряжения на клеммах, а также неменяющаяся плотность электролита в течение 2 и более часов.

12

Третий метод, использующийся для восстановления АКБ.

Является промывка батареи с последующей ее зарядкой. Но метод этот длительный и затянуться его выполнение может до месяца.

С аккумулятора сливается электролит, и на его место заливается дистиллят. После чего батарея ставится на зарядку при напряжении в 14 В.

13

После начала закипания дистиллята – напряжение несколько снижается. Основная цель – поддерживать кипение в АКБ, но неинтенсивное.

Со временем плотность дистиллята будет повышаться за счет растворения в воде сульфата свинца. После этого вода сливается, и заливается новая и АКБ снова ставится на зарядку, под небольшое напряжение.

• Нужно добиться того, чтобы в дистилляте появлялись пузырьки, но до закипания он не доводился.
• На зарядке АКБ нужно будет держать до тех пор, пока плотность не будет меняться на протяжении нескольких дней.
• Химический способ.
• Есть и быстрый способ удаления сульфатации – химический. Сводиться он к промывке батареи раствором аммиака и трилона Б

14

Перед промывкой раствором, аккумулятор заряжается, с него сливается электролит и промывается дистиллятом.

1. Затем в банки заливается водный раствор, в который добавлено 2% от объема воды трилона Б и 5%-аммиака.

15

Этот раствор вступит в реакцию с сульфатным раствором, сопровождаться эта реакция будет кипением раствора и брызгами.

• Как только кипение прекратиться – раствор можно сливать, банки промываются водой, а затем заливается электролит и батарея заряжается.
• Предотвращение неисправностей аккумулятора
• Все неисправности с аккумулятором не возникают сами по себе, случаются они из-за небрежной эксплуатации и игнорирование проведения периодического обслуживания.

Батарея сам по себе требует не особо много внимания.

Достаточно раз в полгода подзаряжать ее зарядным устройством.

1. Перед постановкой на зарядку, если батарея обслуживаемая, нужно проследить за уровнем электролита и при надобности восстановить его.
2. Также следует после зарядки проверить плотность электролита в каждой банке.
3. Отличий по показаниям плотности между банками не должно быть, или же разница между ними должна быть минимальная.
4. Перед установкой нового АКБ на авто нелишним будет проверить напряжение, выдаваемое генератором, чтобы исключить перезаряд.

И устанавливая новую батарею на авто нужно его хорошо закрепить, чтобы предотвратить возможное повреждение корпуса.источник www.avto-pulss.ru

Источник: https://www.drive2.ru/b/2826938/

Lifepo4 аккумулятор своими руками 12вольт

Е-ветерок.ру Энергия ветра и солнца

Содержание: Почему я перехожу на lifepo4 (литий-железо-фосфатный аккумулятор) Покупка пакетов А123 3.2в 20ач на алиэкспресс, какая пришла первая посылка Соединение проводов к контактам ячеек

Сборка аккумулятора, краткое описание

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

Собственно с Китая я и начал так как деньги всегда «Поют романсы». Решил покупать lifepo4 мелкими партиями по мере наличия свободных денег. Выбрал я как и многие lifepo4 в виде плоских элементов емкость 20ач, такую форму элементов называют пакетами. Китайцы конечно те еще сказочники, но то что я заказал они говорят оригинальный новый А123 3.2v 20ah.

То-есть это оригинальные пакеты исчезнувшего бренда А123, и по дешевой цене ликвидируются остатки.

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. ЛИФЕР (LIFEPO4) ВМЕСТО СВИНЦА В СОЛНЕЧНОЙ МИНИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Источник: http://e-veterok.ru/lifepo4_akkumulyator_12v.php

Литий-ион своими руками

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.                                               

                                                                                                                         

Далее нужно решать вопрос корпуса аккумулятора, в моем случае использована металлическая гильза от карманного фонарика, именно туда был помещен аккумулятор. 

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. 

Если хранить аккумулятор в холодильнике в полностью заряженном состоянии, то вы этим увеличиваете его срок службы, но при температурах выше нуля!

Такой самодельный литий-ионный аккумулятор может еще долго прослужить в самодельных радиоэлектронных игрушках. При КЗ ток аккумулятора достигает до 3-х Ампер. Таким образом, разобрав один литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона, можно собрать из него несколько более компактных аккумуляторов, которых так не хватает в нашей практике.

Источник: https://cxem.net/pitanie/5-258.php

Восстановление гелевого аккумулятора своими руками

Эксплуатация гелевых аккумуляторов ведется в условиях, далеких от идеальных. Поэтому, утверждение, что гель не выпускает молекулы из массы, испарения нет, не соответствует действительности.

Зачем же тогда на каждой банке установлены резиновые колпачки под пробками? За 2-4 года, в зависимости от условий эксплуатации, гель подсохнет, контакт со свинцовыми пластинами ослабнет. В этот момент владелец техники заметит, что заряда стало не хватать на обычный объем работы.

Другой причиной потери емкости становится длительный период: разряд-ожидание подзарядки.

Как вернуть емкость гелевой АКБ

Восстановление гелевых аккумуляторов заключается в возвращении воды в электролитную массу. При этом добавляется умеренное количество жидкости, только для обеспечения полного контакта. Лишняя влага вредна.

В необслуживаемых АКБ сверху над каждой банкой есть пластиковые кружки, вклеенные заподлицо. Нужно подковырнуть их острым предметом, снять внизу резиновые пробки. В каждую банку залить по 10 миллилитров аптекарской дистиллированной воды. Жидкость должна впитаться в гель в течение нескольких часов.

До проведения операции аккумулятор должен быть заряжен полностью. После растворения геля провести разряд сопротивлением и заряд обычным способом.

Когда нельзя восстанавливать аккумулятор

Если корпус аппарата поврежден, на нем есть трещина или вздутие, восстановление гелевых АКБ невозможно. Деформация показывает, процесс химического разрушения электролита шел активно. Возможно, гель получил необратимые изменения. Вода уже не восстановит внутренний компонентный состав.

Внутри могут разрушиться пластины. Негодные банки в гелевом аккумуляторе не меняются. Убедиться, что пластины осыпались или осели можно, тряхнув корпус. Послышатся характерные звуки. Можно посветить внутрь подозрительной полости фонариком.

Трещины на корпусе или свищи привели к удалению части активной массы. Заклеив их, не восстановишь внутреннего баланса. Если трещины возникли при перемораживании аккумулятора, сам состав уже потерял свойства.

Восстановление 7 амп гелевого аккумулятора

Такие аккумуляторы относят к тяговым. То есть накопитель отдает энергию долго и равномерно. Ему не страшен глубокий разряд. Но основное использование гелевого аккумулятора 12 В 7 А в мототехнике, скутерах и лодках. Аккумулятор представляет модель необслуживаемую или с крышками, состоящую из 6 банок, общим весом около 2 кг. Изделия с явно меньшим весом имеют в каждой банке вместо трех по две пары обкладок и меньшую емкость.

Для восстановления емкости гелевого аккумулятора нужно вскрыть крышки, снять резиновые колпачки и долить 1-2 кубических сантиметра дистиллированной воды в каждую банку. При этом аккумулятор должен быть полностью заряжен. Жидкость позволит набухнуть гелю и плотнее прилегать к пластинам примерно через 4 часа.

После нужно проверить, будет ли батарея воспринимать заряд. Вначале разрядить батарею до напряжения 10,5 В, потом снова зарядить. По графику на первую разрядку должно уйти 1 час, на зарядку 2, следующий цикл 3 часа зарядка и столько же разрядка. Если емкость восстановилась, провести зарядку гелевого аккумулятора до рабочего напряжения.

Обслуживание батареи в дальнейшем обычное.

Совершенно разряженный гелевый аккумулятор владелец запустил с помощью толчка инвертором, пропустив ток в 150 ампер в течение 20 секунд. Но эта крайняя мера была проведена после безуспешных попыток. Выполнено увлажнение геля.  Подать заряд на батарею не удалось в течение 6 часов. После использования сварочного, зарядка пошла. За 6 часов напряжение стало 12,8, скутер завелся.

Видео

Посмотрите, как своими руками вернуть емкость гелевому аккумулятору.

Источник: https://batts.pro/vosstanovlenie-gelevogo-akkumulyator/

Как сделать аккумулятор своими руками?

В этом видеоуроке мы покажем, как сделать аккумулятор своими руками. Для его изготовления нам понадобится небольшая емкость с крышкой, сода, вода, зарядное устройство.

Зальем в баночку от витамина воду, насыпаем в нее 1,5 чайных ложек пищевой соды. Хорошо перемешиваем раствор. Зачистим сварочный электрод от покрытия. Отрезаем от электрода два куска по 7 см. Загибаем концы этих заготовок. Вставляем эти заготовки в отверстия в крышке и закручиваем ее в бутылочку.

Дешево акб продаются в этом китайском магазине.

Зарядник подключаем к концам аккумулятора. Заряжаем аккумулятор 10 минут и проверяем работу самодельного аккумулятора. Предполагаемое напряжение на выходе 1,5-2,5 вольта. Этого питания хватит при зарядке 3 часа на 20 минут свечения светодиода. Чтобы не вздулся ваш аккумулятор, не делайте его герметичным.

Мастера покупают изобретения в лучшем китайском интернет-магазине.
Электроника для самодельщиков в китайском магазине.

Еще один способ изготовления самодельного аккумулятора

Самодельная аккумуляторная батарея из подручных материалов с минимумом инструментов. Представьте ситуацию, когда рядом нет нужных деталей, точнее, минимум имеется, но вы находитесь в полевых условиях, когда разнообразия нет. Придется экспериментально искусственно ограничить себя выбором материалов.

Возьмем за неимением меди в пластинах медную проволоку. Изоляцию удалим с помощью огня. Обрезок оцинкованного железа нарежем на одинаковые пластинки. Проводки с изоляцией для соединения цепи.

Можно и без изоляции сразу взять токопроводящую проволоку. Надо найти также полиэтиленовую бутылку, подойдет любой диэлектрик. Токопроводящий жидкий раствор (соляной либо кислотный, щелочной).

Одноразовые стаканчики.

Для начала отожженную на огне проволоку для увеличения площади скручиваем в цилиндр. Из оцинковки нарезаем по шаблону одинаковые пластинки и сворачиваем в цилиндры (уголок загибаем, чтобы зажать в нем контактный провод).

Из пластиковой бутылки нарезаем прокладочный материал, который будет располагаться между медью и оцинковкой. Собираем элементы батареи, один конец провода закрепляем на нити, другой на цинке и два одиночных. Один с медью – плюсовой и с цинком – минусовой.

Собираем батарею в последовательную цепь. Для начала попробуем залить раствор, насыщенный солью. В полевых условиях подойдет любой солевой раствор, моча и другое. Напряжение 7,74 вольта.

Заменим солевой раствор на кислотный, в эксперименте использован уксус столовый. В полевых условиях для нашего аккумулятора подойдет прокисшее вино, настой из щавеля, морс из клюквы и другое.

Напряжение 8,05 вольта.

Заменим на щелочной раствор, соду пищевую в природе можно попробовать заменить на золу, размещенную в воде (щёлок), но надо экспериментировать для проверки. Напряжение 9,65 вольта.

Итак подведем итог: среднем из 10 элементов получаем 8 вольт, один стаканчик равен 1,25 вольта. Чтобы уменьшить напряжение для зарядки телефона (5,5 вольта), уберем два стаканчика, процедура занимает 20 секунд. Или увеличим до 4,5 вольт, добавив 5 стаканчика. Так можно сделать аккумулятор, когда нет возможности купить его, своими руками.

Источник: https://izobreteniya.net/kak-sdelat-akkumulyator-svoimi-rukami/

Аккумулятор своими руками

Газовый аккумулятор своими руками

В любом аккумуляторе есть по­ложительные и отрицательные пластины с активным веществом, состоящим из различных металлов. В качестве токопроводящей среды обычно применяются водные растворы кислот или щелочей.

Такой раствор называется электролитом.

При погружении пластин в электролит начнет происходить химическая реакция, и если их замкнуть через измери­тельный прибор, мы обнаружим, что во внешней цепи проходит электрический ток.

Во время работы аккумулятора, а также при его зарядке можно заметить, что на пласти­нах выделяются пузырьки газа.

Газы, как правило, не участвуют в реакциях и выполняют в электрохимических процессах вспомогательную роль, так что в обычных аккумуляторах разность потенциалов определяется только свойствами металлов, из которых состоят пластины. Но, оказывает­ся, различные газы тоже обладают вполне определенным электрохимическим потенциалом.

Значит, эту способность можно использовать для изготовления аккумулятора, в котором роль активного вещества будут выполнять два различных газа. Газовый аккумулятор был изо­бретен в 1955 году советским инженером А.  Пресняковым.

Важное преимущество газового аккумулятора — простота устройства и высокая экономичность. Для его изготовления не требуются цветные металлы и дорогостоящие материалы. Эксплуатационные качества газового аккумулятора также весьма высоки.

Газовый аккумулятор можно долго хранить как в заряженном, так и в разряженном состоянии, и это не отразится на его работоспособности. Он допускает большой зарядный ток, что уменьшает время зарядки.

Даже длительные замыкания пластин между собой безвредны для газового аккумулятора, так как в этом случае он хоть и разряжается, но без необратимых процессов в самом активном веществе, как в других типах  аккумуляторов.

Газовые аккумуляторы — конструктивно новые источники тока. Их создание стало возможным только после того, как были найдены вещества, способные поглощать газы в большом количестве и удерживать их в себе. Такие вещества называются адсорбентами. Один из лучших адсорбентов — активированный уголь. Поглощая газы, он сам не участвует в  химических  реакциях.

В таблице, помещенной ниже, показано, какое количество различных газов может быть поглощено одним граммом активированного угля при 15° С при нормальном давлении. Вы сразу же заметите закономерность: газ поглощается тем лучше, чем выше его критическая температура, то есть чем легче он сжижается.

Конструкция самодельного газового аккумулятора показана на рисунке. В емкость 1 налит электролит 2. В электролит опущены два электрода, которые состоят из стержня 3 и мешочка 4 с активированным углем 5. Предохраняет мешочки от смещения перегородка 6, которая изготовляется из любого электроизоляционного материала. Емкость закрывается крышкой 7.

Аккумулятор своими руками

В качестве емкости газового аккумулятора с успехом могут быть использованы, например, баночки для специй — они продаются в хозяйственных магазинах. Можно взять и стеклянные банки, но их надо покрыть снаружи асфальтовым лаком, чтобы свет не проникал внутрь, а то он будет способствовать разрядке аккумулятора.

Мешочки изготовьте из старого капронового чулка плотной вязки. Шов можно сшить капроновой нитью или паяльником на круглой   деревянной   болванке.

Один конец мешочка завяжите капроновой нитью наглухо, а во второй, открытый, вставьте угольный стержень от батареек, карманного фонаря, отслуживших свой срок. Наполните мешочки активированным углем, хорошо уплотнив его. Загибая края мешочка, обвяжите их капроновой нитью вокруг стержня.

Теперь нужно плотными витками обвязать мешочки. Чем больше будет сделано  витков,  тем  лучше  контакт угольного порошка со стержнем, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, тем он лучше работает.

Электроды нужно укрепить в крышке, а к выходящим наружу концам стержня приделать клеммы.

Лучше всего использовать медицинский уголь, который продается в аптеках, или уголь выбракованных противогазов. В крайнем случае, древесный уголь можно легко приготовить самому.

Для этого возьмите палочки диаметром 5—10 мм, длиной 100 мм (любой породы дерева), свяжите их в пучок ниткой, поместите в железную банку и засыпьте сухим речным песком. Положите банку в печку на горячие угли или на газовую плитку и прокалите, пока из банки перестанут выделяться газы.

Дайте остыть песку, после чего извлеките обуглившиеся чурки — их то и можно употребить в дело. Для получения от аккумулятора емкости в 1 ампер-час потребуется 50—90 граммов активированного угля.

Для электролита лучше всего взять дистиллированную воду, ко­торую можно купить в аптеке, или, в крайнем случае, колодезную, или водопроводную, предварительно прокипятив ее около получаса и остудив.

На каждый стакан воды всыпьте 1—1,5 столовой ложки поваренной соли. Заполните сосуд электролитом и накройте крышкой с электродами, проследив, чтобы электроды были полностью погружены в электролит.

Простейший газовый аккумулятор готов, теперь его осталось только зарядить. Для этого необходимо присоединить электроды к источнику постоянного тока напряжением 4,5 в.

Промаркируйте какой-либо яркой краской поло­жительный электрод, нанеся на крышку метку +. Отрицательный электрод можно не маркировать. При повторной зарядке придерживайтесь полярности электродов.

Заканчивайте зарядку, когда напряжение на электродах аккумулятора   будет  2,2—2,5 в.

При постоянной работе аккумулятора электролит необходимо менять не реже одного раза в неделю. (Запомните, что такая частая замена нужна только для электролита, составленного на основе поваренной соли).

Работает аккумулятор так. При зарядке, когда к электродам подключено   напряжение, электролит разлагается на водород и хлор. Электрод, присоединенный к отрицательному проводу, будет поглощать водород, а к положительному — хлор. Таким образом, создается разность потенциалов.

В качестве электролита в газовых аккумуляторах можно применять растворы различных солей, кислот и щелочей.

Подбирая электролит, можно осуществить его электролиз на те или иные газы и получить различную электродвижущую силу и емкость аккумулятора. Так, при электролизе слабого раствора серной кислоты получим пару водород — кислород.

Раствор питьевой соды даст пару водород — углекислый газ. Вообще подбор электролита открывает очень широкие возможности для эксперимента.

Аккумуляторы и солнечные батареи,альтернативная энергия,солнечные батареи,энергия солнца, аккумулятор своими руками

И. ЧАРИЧАНСКИЙ, преподаватель, г. Мелитополь.

Источник: Журнал «Юный техник»

Источник: http://www.ecotoc.ru/alternative_energy/battery/d679/

Как сделать аккумулятор

Главная > Советы электрика > Как сделать аккумулятор

Аккумулятор – это накопитель энергии, который обычно работает на принципе обратимости химической реакции. Устроен простейший аккумулятор просто, впервые его идею опробовал на практике Риттер в 1803 году, это был столбик из 50-ти медных пластин, проложенных влажной плотной тканью.

Самодельный пакет пластин

Как сделать аккумулятор своими руками? Собрать из медных пластин? Есть более простые методы создания накопителя электроэнергии из подручных средств. Можно сделать как кислотный самодельный аккумулятор, так и устройство щелочного типа.

Кислота и свинец

Наиболее проста в устройстве свинцово-кислотная конструкция для накопления электроэнергии. Для её сборки требуются:

• устойчивая ёмкость, с возможностью её плотного закрытия крышкой;
• электролит – раствор аккумуляторной кислоты и дистиллированной воды;
• свинцовая пластина – можно использовать сплющенный кусок свинца с кабельной изоляции или приобретённый в охотничьем или рыболовном магазине;
• два металлических штыря – электроды, которые необходимо вбить вертикально в свинцовые пластины.

Далее приведем сам процесс изготовления этого устройства. Пластины свинца одеваются на металлические штыри, с небольшим расстоянием между ними. После чего конструкцию погружают в ёмкость с залитым электролитом. Свинец должен полностью находиться под раствором. Контактные концы штырей проводят через крышку ёмкости и надёжно фиксируют на ней.

К концам электродов можно подключить потребитель электроэнергии. Ёмкость устанавливают на устойчивой поверхности, после чего заряжают устройство. Усложнив конструкцию, свернув свинцовые пластины в рулон и, соответственно, увеличив их площадь, при малом объёме можно добиться неплохих показателей такого устройства.

По этому же принципу делают рулоны в современных гелевых накопителях энергии.

Пластины, подготовленные к погружению в банку

Важно! При работе с самодельными электронакопителями соблюдайте правила безопасности: кислота, использованная в электролите, – довольно агрессивное вещество.

Соль, уголь и графит

Какой аккумулятор выбрать

Для этого устройства не нужна кислота, так как используется щелочная реакция. Как сделать аккумулятор этого типа? Основой накопителя энергии этого типа служит ёмкость с электролитом в виде раствора воды и хлорида натрия – поваренной соли. Для его создания требуются:

• графитовые стержни, с металлическим колпачком для припаивания контакта;
• активированный или древесный уголь, истолчённый в крошку;
• тканевые мешки для размещения угольного порошка;
• ёмкость для электролита с плотной крышкой для фиксации концов электрода.

В качестве электродов служит графитовый стержень в плотной угольной обкладке.

Графит можно использовать из пришедших в негодность батареек, а уголь – древесный или активированный, из противогазных фильтров.

Для создания плотной обкладки уголь можно поместить в водопроницаемый мешок, после чего вставить внутрь графитовый стержень, а ткань мешка обмотать нитью или проводом с изоляционным покрытием.

Для увеличения показателей этого рода конструкции можно создать батарею из нескольких электродов, размещённых в одной ёмкости.

Важно! Накопительная ёмкость и напряжение на контактах самодельных устройств для накопления электроэнергии сравнительно невелики, но в то же время их вполне хватает для подключения маломощного источника света или других целей. Батарея из нескольких электродов имеет более высокие показатели, но они более громоздкие.

Лимоны и апельсины в качестве ёмкости для электричества

Лимон – не только вкусный и полезный фрукт, но и природный аккумулятор. Для его использования достаточно объединить несколько лимонов в последовательную цепь, посредством металлических электродов.

После чего можно подключать «фруктовый» накопитель к зарядному устройству. Вместо лимонов можно использовать и другие цитрусовые, имеющие в составе кислоту, которая будет служить природным электролитом.

Чем больше цитрусовых задействовано, тем выше параметры «природной» АКБ.

Лимонный сок, кислоту или её раствор можно использовать и отдельно. Для этого достаточно залить их в банку небольшого размера и установить там медный и стальной электрод. Напряжение природного накопителя электроэнергии невелико, но, тем не менее, его хватит для источника освещения малой мощности.

Даже при отсутствии накопителя энергии фабричного производства можно легко сделать аккумулятор своими руками.

Для его создания требуются лишь знания основ физики и химии, а также наличие под руками кислоты или щелочи любого типа.

В качестве электродов можно использовать практически любые металлы, которые есть в наличии, но наилучший вариант – это использование сталей с большим содержанием железа, а также меди и её сплавов.

Видео

Как заряжать литий ионный аккумулятор

Источник: https://jelectro.ru/sovety/kak-sdelat-akkumulyator.html

Создано 28.08.2017 11:36

Автор: Natali

Зачем тратить тысячи долларов на батарею Tesla Powerwall, если можно собрать свою собственную, причем за меньшую стоимость.

Этим вопросом задались энтузиасты — сторонники альтернативной энергии, и в конечном итоге это привело к тому, что сотни людей учувствовали в разработке собственной версии домашней батареи с использованием переработанных аккумуляторов от ноутбуков.

Теперь, когда схемы на такую батарею распространяются бесплатно в Интернете, несколько человек собрали установки, способные хранить гораздо больше энергии, чем версия Tesla.

С помощью Facebook, YouTube и информации с форумов люди учатся создавать свои собственные версии домашних батарей, стоимость которых намного меньше, чем Tesla Powerwall.

«Это будущее. Это просто, эффективно, с высокой производительностью», сказал Джеху Гарсия (Jehu Garcia), один из таких производителей электроустановок. Джо Уильямс, еще один радиолюбитель, добавил: «Конечный результат заключается не только в том, что я могу полагаться на то, что я собрал сам, но и понял все, что нужно для обеспечения своего дома необходимым электричеством. Это вдохновляет».

В сети есть несколько версий схем по сборе батарей, способных хранить больше энергии, чем Powerwall Tesla. На французском форуме Diypowerwalls.com пользователь Glubux сказал, что его аккумулятор может хранить 28 кВтч энергии. «С его помощью я обеспечиваю электричеством весь дом, я даже купил электрическую духовку и индукционную плиту, чтобы использовать дополнительную энергию летом», — сказал он.

Пользователь YouTube из Австралии, Питер Мэтьюз (Peter Matthews), утверждает, что создал гигантскую батарею, которая может хранить 40 кВтч энергии. Как сообщается, он собирает электроэнергию из более чем 40 солнечных панелей, установленных на крыше, и обеспечивает почти достаточную мощность для удовлетворения потребностей своего дома в электроснабжении.

«Единственное, на что мне не хватает энергии, так это на большие кондиционеры и системы водяного отопления», — сказал он. Он также создал сайт DIYpowerwalls, и самую популярную тематическую группу в Facebook для таких же любителей.

Большинство энтузиастов для своих проектов рекомендуют использовать литиево-ионные аккумуляторы 18650, которые обычно находятся в ноутбуках. Новые они будут стоить более 5 долларов за штуку. Если же использовать батарейки от старых, «мертвых» ноутбуков Dell, HP, Lenovo и LG, можно сэкономить сотни, если не тысячи долларов, на проекте, в зависимости от ваших амбиций.

Положительным эффектом тренда PowerWorld является то, что он уменьшает количество отходов.
По словам Карла Э. Смита (Carl E. Smith), генерального директора и президента компании по переработке батарей, Call2Recycle, примерно 95 процентов потребительских батарей, которые продаются в США, не отдаются на переработку и в конечном итоге оказываются на свалке.

«Практически все батареи могут быть переработаны в ценные вторичные продукты, что является основной причиной того, что они не должны быть захоронены», — сказал он.

Для того, чтоб собрать свою собственную более-менее серьезную домашнюю батарею, может потребоваться много времени, однако это того стоит, по мнению опытных энтузиастов. И, если вы тщательно следуете инструкциям при сборе собственной версии, риск сжигания дома сводится к минимуму.

Стоит помнить, что всегда существует риск, связанный с созданием собственного накопителя энергии, но, как показывает практика, по мере роста своей популярности, эта тенденция не может быть проигнорирована общественностью.

Facepla.net по материалам 

• аккумулятор 18650
• аккумулятор от ноутбука
• батарея для дома
• батарея из аккумуляторов
• домашняя батарея

Супермаховик – накопитель кинетической энергии

Супермаховик – накопитель кинетической энергии.

Супермаховик – один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии. За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт•ч (1,8 МДж) на килограмм веса.

Описание:

Супермаховик — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии.

За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм веса.

Супермаховик впервые был изобретен в 1964 г. советским учёным Н. Гулиа.

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна, углеродных композитов либо графеновой бумаги. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор – генератор , где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию , а при подключении нагрузки — отдавать. Максимальное КПД этого преобразования достигает 98 %.

Преимущества:

– долговечность . Имеет большой жизненный цикл по сравнению с другими устройствами,

– безопасен при разрушении,

– высокий КПД – до 98%,

– проще и дешевле в изготовлении, чем аккумуляторы ,

– экологически чище, не наносят вред окружающей среде,

– запасает гораздо большую энергию за в разы меньшее время, чем аккумуляторы . Также и отдает,

– работают при любом температурном режиме,

– может быть использован в качестве буферного источника пиковой мощности в сочетании с другими устройствами запасания энергии, такими как аккумуляторы ,

– максимальное время хранения энергии в отличии от других устройств.

Сравнительные характеристики:

Принцип работы:

Кинетическая механическая энергия передается на супермаховик и обратно от супермаховика при помощи ротора – мотор-генератора, который также способен преобразовывать кинетическую механическую энергию обратно в электрическую.

Супермаховик работает в двух режимах: в режиме запасания энергии и режиме отдачи. При работе в режиме запасания энергии подводимая энергия создает вращающий момент на валу и увеличивает скорость вращения маховика. При обратном процессе – запасенная кинетическая энергия превращается в генераторный момент на валу мотор-генератора и впоследствии в электрическую энергию.

Заряжается супермаховик от электродвигателей, от энергии рекуперации при торможении, от стационарных источников энергии, а также от подводимой электрической энергии. В последнем случае мотор-генератор работает как электродвигатель, создает вращающий момент на валу.

Количество запасаемой энергии пропорционально инерции вращающегося тела маховика J и квадрату угловой скорости вращения ω. Оно определяется согласно формуле: E_k=1/2*J*ω 2 .

Из формулы видно, что запасаемая в маховике кинетическая энергия имеет линейную зависимость от момента инерции вращающейся массы тела маховика и квадратичную зависимость от скорости вращения. Соответственно при росте скорости вращения количество запасаемой энергии будет расти в геометрической прогрессии.

Перспективы использования:

Распространение автономных источников генерации энергии требует ее запасания. Методы запасания энергии различаются по многим параметрам, таким как выходная мощность, количество запасаемой энергии, время хранения, количество циклов заряд/разряд, массогабаритные показатели, энергоемкость, эффективность, стоимость.

Супермаховик является современной энергоэффективной и высокотехнологичной альтернативой различным способам запасания и хранения энергии, таким как акумуляторы, суперконденсаторы, прочие накопители энергии, а также систем со сжатым воздухом, гидроаккумулирующих электростанций.

двигатель супермаховик нурбей гулиа своими руками форум теория купить аккумулятор на автомобиле
супермаховики новые аккумуляторы энергии
чертежи точка опоры оси в азоте для супермаховика 401

Маховик как аккумулятор

В первой части я кратко описал причину, по которой маховик до сих пор не стал «аккумулятором будущего».

Однако, одно из преимуществ маховика – способность без ущерба самому себе отдавать огромную энергию за маленький промежуток времени. Этакий механический конденсатор. Получается, он и аккумулятор, и конденсатор в одном лице . Вот это свойство и используется сейчас в промышленности и технике.

Практически все дата-центры используют системы динамического источника бесперебойного электропитания. Это гибрид дизель-генератора с маховиком. Такое решение может поддерживать до 5 секунд бесперебойного питания, пока дизель-генератор не наберёт требуемую мощность.

Есть и огромные, размером с многоэтажный дом, маховики, поддерживающие питание на заводах.

Маховики применялись и в транспорте. Гиробусы (автобус с маховиком) 1950-х годах, в Швейцарии имели маховик массой около полутора тонн, разогнанный до 3000 об/мин, который обеспечивал запас хода в 6 километров. Подробнее об этом можно почитать тут .

До сих пор транспортные средства являются предметом научно-технически деятельности. Маховики, как рекуператоры энергии, начали применяться в «Формуле-1».

И сейчас рассматриваются как рекуператоры для легкового гражданского автотранспорта. Железнодорожный транспорт тоже не остался без маховиков. Даже в игрушках они есть.

На самом передовом авианосце «Джеральд Р. Форд» маховики питают электромагнитные катапульты . Потому что ни одна технология больше не способна настолько продуктивно работать.

Они способны накопить энергию в 122 МДж (эквивалентно потреблению 34 кВт•ч) за 45 секунд, и отдать её в сеть за 2-3 секунды.

Другое дело – кинетические накопители энергии на основе супермаховика. Тут уже сложнее.

Эти устройства прямо предназначены для буферизации электроэнергии, выравнивания частоты и мощности.

Маховик нужно изготавливать из легких композитных материалов, чтобы он мог выдержать требуемые нагрузки и обеспечить электромагнитную левитацию, и раскручивать его до скорости 45000–60000 об/мин. При этом важно качественно снимать запасённую энергию.

Такие кинетические накопители энергии используются для выравнивания пиков генерации и потребления энергии. Однако, все эти проекты являются больше исследовательскими, чем коммерческими.

Например, Немецкая компания STORNETIC, в 2018 году начала крупномасштабные испытания своей системы хранения энергии . Это 24 маховичных накопителя энергии, суммарной мощностью 86 кВт•ч.

С их идеями можно ознакомиться тут .

А также, представлена наглядная анимация .

Наибольшим опытом разработки и эксплуатации маховичных накопителей энергии обладает американская компания « Beacon Power ».

С 2008 года в промышленной эксплуатации находится более 400 маховичных накопителей, а общая наработка превысила 9 миллионов часов.

На сегодняшний день в США реализовано два проекта. В штате Пенсильвания (г. Хейзл) реализован проект станции мощностью 20 МВт, обеспечивающей частотное регулирования в электросети. Эта станция включает в себя 200 маховиков, которые полностью вышли на пик своей эксплуатации в 2014 году.

И их пилотный проект в штате Нью-Йорк (г. Стефентаун), где также 200 маховиков обеспечивают частотное регулирование мощностью в 20 МВт.

Несмотря на всю непростую судьбу этого проекта, он вполне доказал состоятельность этой идеи.

Однако, технология довольно сложна, слишком много нюансов и сложностей возникло в период разработки этого проекта. Компания даже успела разориться.

15 лет разработок и испытаний — это довольно долго для подобных проектов.

В результате имеется продукт, который в принципе состоятельный, но не привлекательный…

Сама идея меня привлекла. Я тоже в стороне не остался и попробовал в «домашних условиях» намотать маховик из стекловолокна.

Конечно, у меня получилось не то, что я желал. Да и отбалансировать его я самостоятельно так и не смог.

Моя жена, увидев это, рассмеялась и спросила:» Зачем ты поросёнка зажарил?» Но это уже другая история.

Применение маховика и супермаховика можно найти где угодно, но фундаментальный недостаток, заключающийся в огромном саморазряде, сильно ограничивает полномасштабное применение.

И все достоинства (КПД до 90%, неограниченный цикл заряда-разряда и долговечность) не могут компенсировать его саморазряд. Фактически, маховичный накопитель всегда должен работать в сети, которая поддерживает его в рабочем состоянии. Но если сеть обесточить, через сутки маховик остановится…

Забегая вперёд, скажу, что и мой проект прямо связан с идеями Нурбея Гулиа, а также с концептуальной идеей компании «STORNETIC» и опытом компании «Beacon Power» и компании «ТВЭЛ» в эксплуатации газовых центрифуг .

Давайте представим, что удалось решить проблему подвески супермаховика, и теперь он работает и не требует дополнительных затрат энергии.

Какой накопитель по характеристикам мы получим?

Самый эффективный способ накопления энергии стар как мир

Когда речь заходит о том, что надо как-то накопить энергию, многие сразу начинают думать об аккумуляторной батарее. Конечно, что же это может быть еще. Тем не менее, есть еще один способ, который используется не очень часто, но при этом имеет очень хорошие перспективы. Особенно, на фоне развития других технологий. Такие разработки даже применялись при производстве общественного и грузового транспорта. Их начало берет свои корни еще в Советском Союзе, но в последнее время технология начинает применяться все чаще. Несколько лет назад, когда позволял регламент, это использовалось даже в Формуле-1. Откроем завесу тайны и расскажем, как работает это достаточно простое, но гениальное изобретение, и о человеке, который посвятил этому жизнь.

Древний маховик тоже был своего рода аккумулятором.

Что такое маховик?

Говорить мы сегодня будем о супермаховиках и об их создателе Нурбее Гулиа. Хоть и кажется, что маховик это что-то устаревшее и чисто техническое, но и в новом электрическом мире ему есть место.

Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента, как это используется на космических аппаратах.

Сами маховики были изобретены очень давно и даже успешно применялись в промышленности тех лет. Есть даже находки в Междуречье и древнем Китае, которые подтверждают использование подобных устройств. Правда, тогда они делались из обожженной глины или из дерева и выполняли иные функции.

Где применяются маховики?

Благодаря своей массивности и законам физики, которые сопровождают движение маховика, он нашел применение во многих современных механизмах — от транспорта до промышленности.

Самое простое применение заключается в сохранении скорости вращения вала, на котором установлен маховик. Это может пригодиться во время работы какого-нибудь станка. Особенно, в те моменты, когда он испытывает резкие нагрузки и надо не допустить падения частоты вращения. Получается такой своего рода демпфер.

Наверное, самым частым местом, где встречаются маховики, является двигатель внутреннего сгорания автомобиля. Он позволяет сохранить скорость вращения двигателя при выключении сцепления. Тем самым снижается воздействие на трансмиссию, так как переключение передачи происходит в то время, когда двигатель работает на оборотах выше оборотов холостого хода. Кроме этого, так достигается больший комфорт и плавность движения. Правда, на гоночных машинах маховик очень сильно облегчается для снижения веса и увеличения скорости, с которой раскручивается двигатель.

Маховик легкового автомобиля.

Также маховики часто используются для стабилизации движения. Происходит это за счет того, что колесо, которым и является маховик, при вращении создает гироскопический эффект. Он создает сильное сопротивление при попытке наклонить его. Этот эффект легко ощутить, например, раскрутив колесо велосипеда и попытавшись его наклонить, или взяв в руки работающий жесткий диск.

Такая сила мешает при управлении мотоциклом, заставляя прибегать к контррулению, особенно на большой скорости, но очень помогает, например, для стабилизации корабля во время качки. Также подвесив такой маховик и учитывая, что он всегда находится в одном положении относительно горизонта, можно фиксировать его отклонения от корпуса объекта и понимать его положение в пространстве. Применение таких свойств маховика актуально в авиации. Именно вращающийся маховик позволит определить положение фюзеляжа самолета в пространстве.

Супермаховик Гулиа

Теперь, после достаточно долгого введения и предысторий, поговорим непосредственно о супермаховиках и о том, как они помогают сохранять энергию, не имея в составе каких-либо химических соединения для этого.

Нурбей Гулиа — создал и продвигает идею супермаховика, как накопителя энергии.

Супермаховик представляет собой один из типов маховиков, предназначенный для накопления энергии. Он специально сделан так, чтобы накапливать как можно больше энергии без необходимости применения по другому назначению.

Такие маховики тяжелые и очень быстро крутятся. Из-за того, что скорость вращения очень высокая, есть риск разрежения конструкции, но это тоже продумано. Сам маховик состоит из намотанных витков стальной пластичной ленты или из композитных материалов. Кроме того, что такая конструкция прочнее монолитной, она еще разрушается постепенно. То есть, при отслоениях маховик просто будет тормозиться и запутается в своих же частях. Думаю, не стоит объяснять, что разрыв маховика, который вращается со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту и весит минимум десятки килограмм, чреват очень серьезными последствиями.

Кроме этого, для обеспечения еще большей безопасности можно поместить систему с таким маховиком в бронекапсулу и закопать ее на несколько метров в землю. В этом случае движущиеся элементы точно никак не смогут навредить человеку.

Дополнительным плюсом использования бронекапсулы будет создание в ней вакуума, который позволит существенно снизить воздействие внешних сил на движение. Проще говоря, так можно свести к минимуму или вообще убрать сопротивление газовой среды (в обычном случае воздуха).

Так устроен супермаховик Гулиа.

В качестве дополнительных сил, мешающих вращению, еще выступает сопротивление подшипников, на которых установлен маховик. Но его можно установить на магнитный подвес. В этом случае силы воздействия сведены к такому минимуму, которым можно пренебречь. Именно по этой причине такие маховики способны крутиться месяцами. Кроме этого, магнитный подвес позволяет не задумываться об износе системы. Изнашивается только генератор.

Именно генератор и является тем элементом, который позволяет выработать электричество. Он просто подключается к маховику, и получая переданное им вращение вырабатывает электричество. Получается аналог обычного генератора, только для этого не надо сжигать топливо.

Чтобы получать еще больше интересной информации из мира высоких технологий, подписывайся на наш новостной канал в Telegram.

Для накопления энергии в то время, когда нет нагрузки, маховик раскручивается и тем самым “держит заряд”. Собственно, возможен и комбинированный вариант по аналогии с обычными аккумуляторами, которые могут одновременно отдавать энергию и заряжаться сами. Для раскрутки маховика используется мотор-генератор, который может как раскручивать маховик, так и забирать энергию его вращения.

Такие системы актуальны для накопления энергии в домохозяйствах и в системах зарядки. Например, подобная система по задумке инженеров Skoda должна использоваться для зарядки автомобилей. Днем маховик раскручивается, а вечером отдает заряд в электромобили, не нагружая городскую сеть в вечернее и ночное время. При этом можно заряжаться медленно от одного маховика или быстро от нескольких, с которых будет “сниматься” больше электричества.

Эффективность супермаховиков

Эффективность супермаховиков при всей их кажущейся архаичности достигает очень высоких значений. Их КПД доходит до 98 процентов, что даже не снилось обычным аккумуляторным батареям. Кстати, саморазряд таких батарей тоже происходит быстрее, чем потеря скорости хорошо сделанного маховика в вакууме и на магнитном подвесе.

Можно вспомнить старые времена, когда люди начали запасать энергию посредством маховиков. Самым простым примером являются гончарные круги, которые раскручивались и крутили, пока ремесленник работал над очередным сосудом.

Мы уже определись, что конструкция супермаховика достаточно проста, он имеет высокий КПД и при этом стоит относительно недорого, но есть у него один минус, который сказывается на эффективности его использования и стоит на пути массового внедрения. Точнее, таких минусов два.

Главным из них будет тот самый гироскопический эффект. Если на кораблях это полезное побочное свойство, то на автомобильном транспорте это будет очень сильно мешать и надо будет использовать сложные системы подвеса. Вторым минусом будет пожароопасность в случае разрушения. Из-за большой скорости разрушения даже композитные маховики будут выделять большое количество тепла за счет трения о внутреннюю часть бронекапсулы. На стационарном объекте это не будет большой проблемой, так как можно сделать систему пожаротушения, но на транспорте может создать очень много трудностей. Тем более, на транспорте риск разрушения выше за счет вибраций во время движения.

Где применяются супермаховики?

В первую очередь, Н.В. Гулия хотел использовать свое изобретение именно на транспорте. Даже было построено несколько образцов, которые проходили испытания. Несмотря на это, системы дальше испытаний не пошли. Зато применение такому способу накопления энергии нашлось в другой сфере.

Так в США в 1997 году компания Beacon Power сделала большой шаг в разработке супермаховиков для применения их в электростанциях на промышленном уровне. Эти супермаховики могли запасать энергию до 25 кВт⋅ч и имели мощность до 200 кВт. Строительство станции мощностью 20 МВт началось в 2009 году. Она должна была нивелировать пики нагрузки на электрическую сеть.

В России тоже есть подобные проекты. Например, под научным руководством самого Н. В. Гулиа компания Kinetic Power создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один накопитель может запасать до 100 кВт⋅ч энергии и обеспечивать мощность до 300 кВт. Система таких маховиков может обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона. Так можно полностью отказаться от очень дорогих гидроаккумулирующих электростанций.

Возможно использование супермаховиков и на объектах, где нужна независимость от электрических сетей и резервное питание. Эти системы имеют очень высокую скорость отклика. Она составляет буквально доли секунд и позволяет обеспечить действительно бесперебойное питание.

Такая идея «не зашла». Может получится с поездами?

Еще одним местом, где возможно применение Супермаховик, является железнодорожный транспорт. На торможение составов тратится очень много энергии и, если не тратить ее впустую, нагревая тормозные механизмы, а раскрутить маховик, накопленную энергию потом можно потратить на набор скорости. Вы скажете, что система на подвесе будет очень хрупкой для транспорта и будете правы, но в таком случае можно говорить и о подшипниках, так как запасать энергию надолго просто нет необходимости и потери от подшипников будут не такими большими на таком промежутке времени. Зато такой способ позволяет экономить 30 процентов энергии потребляемой поездом для движения.

Как видим, системы на супермаховиках имеют очень много плюсов и совсем немного минусов. Из этого можно сделать вывод, что они будут набирать популярность, становиться более дешевыми и массовыми. Это тот самый случай, когда свойства вещества и законы физики, знакомые людям с древних времен, позволяют придумать что-то новое. В итоге вы получили удивительным симбиозом механики и электрики, потенциал которого до конца еще не раскрыт.

Супермаховики — новые аккумуляторы энергии.

Их не нужно будет в морозы заносить на ночь в тепло. Они будут гораздо дешевле обычных, ведь пластик дешевле цветных металлов. Срок их службы будет превышать срок службы самой машины. Заряжаться они будут от электродвигателей, от энергии рекуперации при торможении, от стационарных источников энергии.

Это инерциоиды, или маховики. Они накапливают энергию и потом по мере надобности отдают их потребителям. С большим маховиком и двигатель внутреннего сгорания не нужен. Энергию можно запасать и на энергозаправках, мощными электродвигателями разгоняя один или несколько маховиков. Они находятся в герметичном безвоздушном пространстве, и подвешены на мощных магнитах.

Их называют супермаховиками, так как они запасают энергии в тысячи раз больше обычных маховиков. Изобрёл их 50 лет назад русский учёный Н. Гулиа, но массово они не применялись. Только единичные кустарные разработки – тележки, заменявшие электрокары.

И вот теперь в промышленном масштабе это изобретение воспроизвели в Америке. Там супермаховики устанавливают в контейнеры по 17 тонн. И они могут запасать и отдавать энергию в 1,7 мегаватта! Они используются для стабилизации скачков напряжения энергосети. В России единая энергосистема не нуждается в таких стабилизаторах, так как работает по более надёжной схеме.

Однако если использовать супермаховики в транспорте, строительстве, и везде, где необходимо, можно сэкономить почти половину используемой нефти и газа! Не будет необходимости прогревать холодные двигатели в зимнее время, просто сел и поехал.

Ветряки даже небольшой мощности могут давать большую мощность, запасая её в таких аккумуляторах энергии. Просто поменял маховик на автомобиле, или перезарядил – раскрутил остановившиеся маховики и опять можно ехать. Далеко и долго.

В сравнении с электроаккумуляторами супермаховики выигрывают по всем показателям. Они долговечнее, проще и дешевле в изготовлении, и, что самое главное – экологически чище. И запасают гораздо большую энергию за в разы меньшее время. Также и отдают.

Ещё маховики могут отдавать мощность, не перенося инерцию на корпус. Например, электродрель большой мощности старается вырваться из рук за счёт инерции от сверла. Если вместо электромотора установить маховик – он будет сверлить с любой силой и чуть ли не сам держаться на заданном месте. Причём гироскопический эффект будет способствовать сверлению идеально ровного отверстия, как на станке. Раскрученный маховик дрели не даст её вибрировать в Ваших руках.

В-общем, ждут Вас невиданное энергетическое удобство и прочие блага цивилизации. Только вот кому – то сделать надо, ну или как всегда «оттуда» закупать придётся.

Супермаховик Нурбея Гулиа – механический накопитель энергии

Началом своих исследований Нурбей Гулиа называет задачу, поставленную им самим перед собой в пятнадцать лет – создание «энергетической капсулы»: энергоемкого накопителя безвредной для человека и окружающей среды энергии. С тех пор он изучил множество способов решения, пока не остановился на маховике, известном с начала времен – гончарный круг, что как не маховик?
.

Нурбей Гулиа и один из его супермаховиков

Гибридный автомобиль Гулиа. Передние колеса имели привод от ДВС, а задние от вариатора и маховика

Первые испытания супермаховика Гулиа показали, что даже первая не самая совершенная конструкция, способна обогнать по плотности энергии свинцово-кислотные аккумуляторы при достаточной безопасности: разрыв ленты наступал при разгоне обода до 500 м/с (плотность составляла 100 кДж/кг). Тогда же было выдвинуто предложение использовать его на автомобиле и разработан первый гибрид на базе УАЗ-450Д.
.

За рубежом так же разрабатывают супермаховики с 60-х годов XX века, а позже (в 80-х) находят им применение и довольно успешно – в авиации и в космических аппаратах, в автомобильной промышленности, а также в качестве возможных источников бесперебойного питания для зданий. В этом случает супермаховик накапливает энергию во время избыточной, «пиковой» выработки станцией электричества, а во время увеличения потребления — отдает. Потери в такой установке составляют меньше двух процентов.

Такими установками занимается, например, Beacon Power, где разработаны большие стационарные супермаховики. От модели зависит запасаемая энергия (от 6 до 25 кВт⋅ч) и мощность (от 2до 200 кВт). КПД, как уже говорилось – 98%. Нурбей Гулиа так же не стоит на месте: под его руководством российская компания Kinetic Power разрабатывает свой стационарный накопитель кинетической энергии на базе супермаховика, который может запасти до 100 кВт⋅ч и обеспечить до 300 кВт.
.

Сегодня супермаховик — это барабан из композитных материалов помещенный в кожух, где создается вакуум для уменьшения трения. В теории такое устройство может хранить до 500 Втч (1,8 МДж) на кг массы. Использование современных материалов способно творить чудеса: навитый не из стали, а из углеволокна, маховик повышает энергоемкость в двадцать раз, а если научиться применять алмазное волокно, то энергоемкость составит 15 МДж/кг!
.

Нанотехнологии еще больше увеличивают возможности сумпермаховиков, ведь теоретически дают возможность достичь фантастической плотности энергии: до 2500−3500 МДж/кг. Представьте, на минутку, – на одной раскрутке 150-кг супермаховика, обычный легковой автомобиль будет способен проезжать два миллиона километров.
.

Технологии супермаховика, по совершенно непонятной причине так и не могут заинтересовать крупных инвесторов. Нурбей Гулиа по-прежнему работает над улучшением своего изобретения, разрабатывает возможность изготовления графенового супермаховика (энергоемкость составит 1,2 кВт*ч/кг).
.

Источники:

http://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/supermaxovik-nakopitel-kineticheskoj-energii/
http://zen.yandex.ru/media/id/5d87bc6b43863f00aea92fc1/5dea2a735d636200ad835ac5
http://hi-news.ru/technology/samyj-effektivnyj-sposob-nakopleniya-energii-star-kak-mir.html
http://pikabu.ru/story/supermakhoviki__novyie_akkumulyatoryi_yenergii_5118261
http://vladimirtan.livejournal.com/948221.html