铝空气电池制作教程
本帖最后由 静观&琪变 于 2014-8-10 22:51 编辑

前言:        

    目前在国内,关于铝空气电池的资料非常非常少,这种环保可靠的电池的功率比常规盐水电池,水果电池的功率要强大得多。为此我对这种电池做了相关的一些实验,现将实验成果与诸位创友交流分享。


效果:

为三台电动机供电,可持续供电约36小时(1.5天)
224045



224046




制作过程:

224063



所需材料:
研钵,100mL烧杯,铝制易拉罐,砂纸,棉布,石墨电极,剪刀,低电阻木炭
224044



224036


224035



这里说一下低电阻木炭,制作它需要很多技巧,我会在后面公布它全部的制作过程。


好了,材料备齐就可以动工了!

先裁剪易拉罐,剪的时候要小心划到手,必要时戴手套操作。
224031




裁出一片铝片套入烧杯适配,记得留一段凸出来作电池负极并将尖锐处修整一下
224038


224030



用砂纸打磨铝片,去除绝缘物
224032


将铝片卷好套入烧杯中,使铝片紧贴杯壁,然后塞入棉布
224039




向烧杯中放一些木炭作底衬,再用研棒压实木炭
224040




在烧杯正中央插上石墨电极,再向石墨电极周围均匀撒上木炭,用研棒将石墨电极周围的木炭捅紧,捅得越紧,电池的性能就越好
224041




向木炭上倒上少许浓盐水使其湿润
224047




一直重复上两个步骤,直到烧杯中填满木炭,切记石墨电极一定不能松动


制作完成!
224043



电压电流测试:
电压1.32V
224037



电流126.3mA
224029



这个电池的外壳是100mL烧杯,如果用50mL的烧杯来做,电压会小些,大约为1V,但电流可以达到惊人的310mA。

224028





对于这个现象的原因,个人猜测是100mL的烧杯的口径比50mL烧杯的大,中央电极到铝片的距离较长从而导致电池内阻偏大,所以电流偏低。


重头戏来了,这也是制作铝空气电池的核心技术——低电阻木炭烧制技术


先为大家科普一下关于木炭的知识:

          铝空气电池所使用的木炭与制作黑火药的木炭完全不同,后者是将木柴在完全隔绝空气加热,使其逐步炭化。制造黑火药所使用的木炭,含碳量要求控制在79±4%范围内,炭化温度在400℃左右。

      而前者的制作就相对复杂一点:使木柴先在氧气充足的环境燃烧起来,再使其在缺氧的环境下炭化,在木柴刚炭化完毕时给予其充足的氧气使其再度燃烧,此时木炭燃烧的温度极高,高温下木炭的微观结构发生石墨化,因此它具有良好的导电性能。
      

       这样得到的木炭也称为白炭,原因是白炭表面有一层白色粉末。其中最著名的白炭是日本的备长炭,它是世界上最好的木炭,如果用它来制作铝空气电池,可以极大提升电池的各个性能。当然其制作过程也极为复杂,真正的备长炭是用马木坚木在1200℃的高温下,经过15~30天炭化而成。
      
      这里给出一些关于白炭相关知识的链接:

      白炭是什么
      http://51mutan.com/bai-tan-why.html

      白炭烧制技术大揭秘
      http://51mutan.com/bai-tan-ji-shu-da-jie-mi.html

      备长炭烧制过程
      http://51mutan.com/beichangtan-shaozhi-guocheng.html

      备长炭——中日文化差异的体现
      http://51mutan.com/japans-non-heritage-charcoal.html


      我们当然不可能在家盖一个土窑花几十天的时间去炼炭,为了研究低电阻木炭的快速烧制技术,我查阅了很多资料,做了大量实验,终于掌握了这个技术,现与大家分享。
    
这是成品,我用樟木烧制的
224034



224033

      
      

224048

      





























+1  学术分    1211   2014-09-14   赞扬
+10  科创币    20!Dopaminor   2014-08-11   赞扬
+10  科创币    zy975912700   2014-08-12   赞扬
+50  科创币    trample   2014-08-23   赞扬
+50  科创币    冥灵   2014-08-23   再接再励
+30  科创币    alexchow   2014-08-23   赞扬
+50  科创币    atlas   2014-09-03   论坛很缺乏此类帖子呀。LZ好样的
来自 化学与化工
2014-8-11 19:26:59
静观&琪变(作者)
1楼
低电阻木炭烧制技术
本帖最后由 静观&琪变 于 2014-8-11 20:13 编辑

过程:
需要的材料:木炭炉,95%酒精,喷瓶,打火机,纸巾,木柴(推荐原木),USB风扇,移动电源。
224182




木炭炉是用奶粉罐做的,预先把罐底打一些孔
224202




让纸巾粘上酒精,多多益善,引火用
224183




把木炭炉放在两块砖上,使柴在燃烧时能获得充分的空气,再把沾满酒精的纸巾放在炉底
224184




在炉内斜着放一些细木柴,柴尽量架空一点,所谓“人要实,火要虚”
224185




把稍大一点的柴架在炉中央
224186




用喷瓶向木柴上喷上一些酒精
224187




点火,很容易就着了。这个阶段酒精燃烧给木柴加热促使其分解,火焰颜色较淡
224188




过一会儿,底部的木柴开始燃烧,可以看到亮一些的火焰
224189




再过一会儿,大部分木柴开始燃烧,这个阶段的火焰会很大,并且颜色非常亮
224190



224191



注意:进行到这一阶段时,立即把木炭炉移到旁边,遮住炉底的洞,使木柴在缺氧的环境下炭化。


此时火焰会变小,但不会熄灭
224192




炭化过程中,木柴不断分解产生可燃气体,并在木炭炉的上方与空气混合燃烧,燃烧比较充分,几乎没有烟
224193




几分钟后火焰渐渐熄灭,炭化即将完成
224194




224195




224196




重点来了,迅速把木炭炉放回两块砖中间,并用USB风扇鼓风加热,加热时间为五分钟
224197




此时炉内温度非常高,把手放在炉上方20cm处都有点受不了
224198




224199




224200




鼓风五分钟后,把木炭炉移到旁边,用砖盖住炉顶,十分钟后即得到低电阻木炭
224201




剩下的就是测电阻筛选了,50欧姆以下的合格
224203












+15  科创币    腐蚀硫磺   2014-08-11   我也试试
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
2楼
本帖最后由 静观&琪变 于 2014-8-11 21:52 编辑

制作要点:
1.在制作过程中,中央电极石墨棒一定不能松动,并且要把电极周围的木炭捅紧,以手握住电池的石墨棒向上加速运动而电池不掉落为标准。
2.在烧制木炭的过程中,点火之后,当火焰开始明亮而稳定时,把木炭炉移开对木柴进行缺氧炭化。
3.在最后鼓风炼炭的过程中,5分钟为最低时间,时间越长,木炭电阻越低,但低电阻木炭的得率会下降。5分钟的炼炭时间为参考值。
4.关于低电阻木炭的标准,这个标准不固定,我选50欧姆以下是出于综合考虑,大家若想做出“极品”电池,可以把标准定得更高。但有一点是肯定的,木炭电阻越低,电池的性能就越好。


      简单评价一下,铝空气电池是我目前制作的所有电池中综合性能最好的,他的输出功率完爆什么铜锌盐水电池,碳铝水果电池等等,放电时间相对较长。它的制作也比较简单,唯一复杂一些的就是低电阻木炭的烧制。自制铝空气电池使用易拉罐铝片,石墨棒作为电极,填充物为低电阻木炭,无重金属,电解质为盐水,材料大都可以在家找到。如果烧制木炭的时候掌握技巧,用酒精引火,基本上不会有烟。如果电池没电了,把木炭倒出来淘洗干净并晒干,木炭可以重复使用,再更换一片新铝片即可。


总之,铝空气电池是一种很棒的环保电池,希望大家可以自己动手做一做!
+10  科创币    20!Dopaminor   2014-08-11   我看的时候还没写
+50  科创币    极度深寒   2014-08-12   很好
+100  科创币    QQQQQQQ   2014-08-13   棒!
+100  科创币    QQQQQQQ   2014-08-13   棒!
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
3楼
前排占座帮顶!
顺便问问石墨电极的来源
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
4楼
本帖最后由 20!不曾存在 于 2014-8-11 20:01 编辑

跟空气的接触面积有点小,怀疑供氧速度    
两天后易拉罐大部分被腐蚀?还是只是表面氧化膜太厚不能继续反应而已?
碳理论上在这里面没啥作用,除非你把它烧成石墨了,否则只有吸水填充作用

如果用的是电池里的碳棒会因为碳棒里有二氧化锰之类的氧化物导致效率高的假象
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
6楼
会不会是盐水的作用?
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
7楼
香皂火箭q 发表于 2014-8-11 19:40
前排占座帮顶!
顺便问问石墨电极的来源


石磨电极可以拆那种大的电池获得。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
8楼
你用的电机。。。很小的太阳能板就能驱动(只需非常小的电流电压)。。。所以说,效果评价的不到位。。。建议光附上电流电压就行了。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
9楼
香皂火箭q 发表于 2014-8-11 19:40
前排占座帮顶!
顺便问问石墨电极的来源


我用的是实验用石墨电极,其实一号大电池里的电极也是可以的,记住要是碳性电池,双鹿一号电池的比较好拆,南孚不行,那是碱性电池

给个链接,非广告
http://detail.tmall.com/item.htm?id=16628348730&spm=a1z09.2.9.125.T7SZ7r&_u=b1gthnf18c92&mt=
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
10楼
20!不曾存在 发表于 2014-8-11 19:49
跟空气的接触面积有点小,怀疑供氧速度    
两天后易拉罐大部分被腐蚀?还是只是表面氧化膜太厚不能继续 ...


问题不错

木炭是多孔结构的物质,比面积可以达到500-900m2/g,因此木炭中富含氧气。当铝空气电池的输出功率过大时,电压下降地很快,随后保持在一定范围内,类似反比例函数图像关系;但如果输出功率在合理范围内,电压下降就比较平稳,因为氧气补给速度与消耗速度达到一定的平衡关系。

商品干电池也有类似的问题,大电流放电与小电流放电所测得的电池容量不同,因为汞的存在使电池内阻的变化趋缓,这一问题不太严重

两天后,铝片几乎完全腐蚀

碳不参加化学反应,只做导体传递电子,填充物为低电阻木炭由电池的设计决定,因为目前工艺限制

碳棒非电池碳棒,没有二氧化锰,氧化剂为空气中的氧气
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
11楼
qdhuojianren 发表于 2014-8-11 20:14
你用的电机。。。很小的太阳能板就能驱动(只需非常小的电流电压)。。。所以说,效果评价的不到位。。。建 ...


启动电压大约0.7V,1.5V时电流为28mA,本人亲测

因为是单个电池,这种小功率电机符合电池输出的合理功率
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
12楼
回忆 发表于 2014-8-11 20:12
会不会是盐水的作用?


不只是
我验证过,如果用仅用碳棒-盐水-铝片,电压为0.9V,电流6mA
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
15楼
只好支持了……
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
16楼
发完了,这个帖子我编辑了好几天,准备了很多材料,目的是为了和大家交流分享,从中获乐。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
17楼
其实低阻木炭能用烧烤烧剩下的碳屑吗?感觉外观都差不多···
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
18楼
静观&琪变 发表于 2014-8-11 21:57
发完了,这个帖子我编辑了好几天,准备了很多材料,目的是为了和大家交流分享,从中获乐。


1.木炭能不能重复使用
2.是不是任何内含空气泡的导电介质都行
3.灌氧气会不会功率更大
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
19楼
我做过氧化银锌电池......极板很小,容量估计只有几mAh,但是短路电流达到1.5A
白炭的话,我们这儿也有种叫白炭的东西,材质很硬,摸手上不会黑,而且也能导电,煤饼店里整箱卖。关键是其名字的来源,据说是因为烧起来火力很旺,火焰是近乎白色的缘故。不像是灶膛里退出来的炭,过分燃料结构很空洞,这个白炭感觉基本上是木头完全变成炭了,从楼主的工艺来看做出的不是这样的东西。不过楼主给的扩展阅读里提到白炭的确是烧烤用炭,这个倒是和煤饼店卖的目的一样。懂的人出来说说?
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
20楼
有意思。。。
把电池做成3层三明治结构,铝片-浸盐水炭粉-石墨层,
然后在铝片上打大量孔来加强空气渗入,同时薄片结构降低了内阻。
这样是否能做成内阻更低,效率更高的电池?
+5  科创币    静观&琪变   2014-08-11   想法很新颖,可以尝试一下。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
21楼
看过日本的一个视频就是这个奖的做电池,最后铝材料会被腐蚀掉,全是洞洞。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
22楼
qwe 发表于 2014-8-11 22:34
1.木炭能不能重复使用
2.是不是任何内含空气泡的导电介质都行
3.灌氧气会不会功率更大


我在制作要点中说得很清楚了,木炭可以重复使用

根据原理,以上三点均成立
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
23楼
北落师门 发表于 2014-8-11 22:40
我做过氧化银锌电池......极板很小,容量估计只有几mAh,但是短路电流达到1.5A
白炭的话,我们这儿也有种 ...


木炭在空气中燃烧都是暗红色的,只有在氧气充足的环境下才会是白色。

按照这个方法做出来的木炭,严格意义上来说不是真正的白炭,但它具有白炭的优良导电性和多孔结构,制作电池足够了。

真正的白炭制作非常复杂,炭化时间长,温度要求高。在家里是不大可能做出来的。

你所说的白炭,根据描述应该是真正的白炭,坚硬,热值大,耐烧,火力猛,多用于烧烤行业。不嫌麻烦的话,可以用那种白炭试制下一铝空气电池。

如果那种白炭是柱状的,可以直接在上面包一层沾了盐水的湿巾,再在外层包一层铝片或铝箔即可。
如果是块状的,可以捣成碎粒按教程做。

其实使用自己动手做出来的电池和使用商品电池,那种心情是很不一样的。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
25楼
量子隧道 发表于 2014-8-11 22:42
有意思。。。
把电池做成3层三明治结构,铝片-浸盐水炭粉-石墨层,
然后在铝片上打大量孔来加强空气渗入 ...


想法很新颖,可以尝试一下。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
26楼
本帖最后由 20!不曾存在 于 2014-8-11 23:28 编辑

静观&琪变 发表于 2014-8-11 21:57
发完了,这个帖子我编辑了好几天,准备了很多材料,目的是为了和大家交流分享,从中获乐。


木炭里的氧?那这些碳用一次要晒干才能用第二次?你试试一直用不晒干,性能下降就说明碳里面吸附的很多氧气
+1  科创币    静观&琪变   2014-08-11   一针见血!
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
27楼
sunnywind 发表于 2014-8-11 22:20
其实低阻木炭能用烧烤烧剩下的碳屑吗?感觉外观都差不多···


如果电阻足够低,应该没问题。

我做出来的木炭的电阻大都在十几欧,少数只有几欧。
+1  科创币    20!Dopaminor   2014-08-11   木炭里的氧?那这些碳用一次要晒干才能用第二次?你试试一直用不晒干,性能下降就说明
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
28楼
20!不曾存在 发表于 2014-8-11 23:24
木炭里的氧?那这些碳用一次要晒干才能用第二次?你试试一直用不晒干,性能下降就说明碳里面吸附的很多 ...


一针见血!

如果一直不晒干,电池的性能就会下降。

还有一个原因,盐会在木炭的孔洞中结晶抑制氧气渗入,必须淘洗干净,晒干后才能重复使用,见“制作要点”

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
29楼
北落师门 发表于 2014-8-11 22:40
我做过氧化银锌电池......极板很小,容量估计只有几mAh,但是短路电流达到1.5A
白炭的话,我们这儿也有种 ...


对氧化银锌电池很感兴趣,可否介绍一下?
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2014-8-12 00:18:23
31楼
静观&琪变 发表于 2014-8-11 23:37
对氧化银锌电池很感兴趣,可否介绍一下?


当时是心血来潮做的,本来想做个大容量的,用粉末烧结的多孔银板作为电极,先做了个验证试验,剪了两条银片,原本是想用氢氧化钠溶解氧化锌作为电解质的,但是没有氧化锌,只好在浓氢氧化钠溶液里放了部分锌粉,通电强制让锌溶解在溶液中。银片插入溶液的面积大概是1×2.5cm的条状,相隔2cm。插入的银片是没有原电池作用的,先要充电,一个极接正极另一个极接负极,我用了个电流很小的电源作为充电,阳极板被氧化产生氧化银,阴极板会还原溶液中的锌离子析出金属锌,充电几小时后极板开始冒泡,我认为是溶液中的锌离子消耗完了,充电完成。阳极板上呈现棕黑色,阴极板是青灰色,用万用表电压档测量,电压达到1.6V以上,电流档短路电池,初始电流达到1.5A以上,随后开始下降,电流快消失时能看到极板上的颜色迅速褪去,电极物质消耗殆尽。再次充电,带动一个空心杯电机运转10多分钟,电机的电流大概是10mA左右,估算容量也就几个mAh,估计是溶液中锌离子太少了。后来觉得多孔银极板太难做,用卷绕式的话又没法搞到很薄的银带,不经济,于是就烂尾了...
+5  科创币    静观&琪变   2014-08-12   感谢分享
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
32楼
这不是佐峰的么
楼主应该试试增加二氧化锰之类的,电池常用的催化剂
要不再加点过氧化氢试试
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
33楼
压缩空气应该可以代替这种活性炭   整个电池放在一个可以加压的容器里   如果可以手动加压就变成手动开关电池了
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
34楼
ne555 发表于 2014-8-12 00:25
这不是佐峰的么
楼主应该试试增加二氧化锰之类的,电池常用的催化剂
要不再加点过氧化氢试试


电解质的种类会对电池的性能造成一定影响,正在研究中,选择食盐是因为方便易得,具有普及意义。有成果了就和大家分享
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
35楼
20!不曾存在 发表于 2014-8-12 00:47
压缩空气应该可以代替这种活性炭   整个电池放在一个可以加压的容器里   如果可以手动加压就变成手动开关电 ...


其实目前制作铝空气电池的最好材料是金属型碳纳米管,只是这东西现在还未普及,成本太高
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
36楼
你往电解质溶液里滴几滴3%或者更高浓度的过氧化氢溶液试试看电压和电流会不会有个突变峰值。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
37楼
xiaobai152 发表于 2014-8-12 01:12
你往电解质溶液里滴几滴3%或者更高浓度的过氧化氢溶液试试看电压和电流会不会有个突变峰值。


理论上也许可行,正好手头上有一些双氧水,有时间试一下。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
38楼
有一本书叫(铝空气电池)看过不知道放那里了你上网搜搜。会对你帮助很大的。
其实铝空气电池已经研究的很成熟了可以开发成可换极版式动力电池前景远大。铝中国又很多。可惜咱们那些砖家叫兽怨事。没人深入的烟酒。就知道瞎叫唤。等外国人吧。
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
41楼
如果电池空载,铝片会不会腐蚀?
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
42楼
木炭上的白色物体一般是KOH和NAOH,他们溶解到电解质里应该能和铝反应提高电能的吧
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
43楼
记得做氢气的就用废铝和NAOH
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
44楼
hanbreen 发表于 2014-8-12 08:45
如果电池空载,铝片会不会腐蚀?


空载的话,铝片氧化较缓慢
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
45楼
yuyue3106 发表于 2014-8-12 10:03
木炭上的白色物体一般是KOH和NAOH,他们溶解到电解质里应该能和铝反应提高电能的吧


白色物体是草木灰,主要成分是碳酸钾,其水溶液显碱性
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
47楼
请问低阻木炭可不可以用活性碳或多孔碳棒代替
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
静观&琪变(作者)
48楼
反步兵破片雷 发表于 2014-8-12 11:26
请问低阻木炭可不可以用活性碳或多孔碳棒代替


活性炭可以,但电阻必须足够低。

多孔碳棒没试过,理论上可行
折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

插入资源
全部
图片
视频
音频
附件
全部
未使用
已使用
正在上传
空空如也~
上传中..{{f.progress}}%
处理中..
上传失败,点击重试
{{f.name}}
空空如也~
(视频){{r.oname}}
{{selectedResourcesId.indexOf(r.rid) + 1}}
ID:{{user.uid}}
{{user.username}}
{{user.info.certsName}}
{{user.description}}
{{format("YYYY/MM/DD", user.toc)}}注册,{{fromNow(user.tlv)}}活动
{{submitted?"":"投诉"}}
请选择违规类型:
{{reason.description}}
支持的图片格式:jpg, jpeg, png