Cienie zapomnianych przodków, czyli akumulatory z przeszłości

Dzięki jednemu z moich czytelników trafiły w moje ręce bardzo interesujące akumulatory. Warto jednak od razu zaznaczyć, że obecnie najbardziej interesują się nimi osoby zajmujące się rafinacją metali szlachetnych — myślę, że wielu krótkofalowców wie, kim są.

Jak zwykle przypominam: aby być na bieżąco z nowymi tematami na blogu, polecam obserwować mój Instagram, gdzie będę publikować powiadomienia o wszystkich nowych wpisach, a być może także pisać po prostu o czymś ciekawym — link do profilu

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram — https://t.me/KirichBlog

Jak już napisałem, jeden z moich czytelników zaproponował, żebym opisał bardzo nietypowe akumulatory. Nie, nie są rzadkie, choć nie spotyka się ich często. Były produkowane seryjnie i szeroko stosowane, ale mimo to w domu raczej trudno było je znaleźć w większej liczbie.
Podczas spotkania dostałem taki oto nietypowy zestaw: plastikową buteleczkę, strzykawkę z rurką i małą torebkę z uchwytem :)


A w torebce leżały... tak, trzy akumulatory. I to nie byle jakie, lecz złote srebrne, a dokładniej srebrno-cynkowe. Jeśli ktoś chce poczytać więcej, może to zrobić tutaj. Ja postaram się być dość zwięzły.

Akumulatory są fabrycznie suche, co zapewnia im długi okres przechowywania. Dostałem je już zalane — za co jeszcze raz dziękuję, bo nie znam się na chemii, zupełnie. W buteleczce jest oczywiście elektrolit, na wszelki wypadek.


Akumulatory wyprodukowano w październiku 1970 roku, czyli są ode mnie starsze o kilka lat, a obecnie mają już 52 lata!


W Google bez trudu znajdziecie mnóstwo zdjęć tych akumulatorów. Są tam egzemplarze zarówno starsze, jak i nowsze, na przykład z 1962, a także z 1988 roku.


Oczywiście zainteresowało mnie, kto je produkował, zwłaszcza że wszystkie akumulatory tego typu miały takie samo logo.
Najpierw wyszukiwarka doprowadziła mnie do artykułu, w którym wspomniano o zakładzie Jupiter w Prypeci. Cytat stamtąd


Miałem jednak wątpliwości, tym bardziej że coś niecoś słyszałem o tej fabryce. Zrobiłem więc to prościej: wyciąłem logo ze zdjęcia, wrzuciłem je do Google’a i od razu podał mi nazwę zakładu. Okazało się, że to „Leninskaja Iskra”.


Zanim przejdę do dokładniejszych oględzin i testów, powiem jeszcze kilka słów i przytoczę parę faktów na temat tego typu akumulatorów.
O tych akumulatorach usłyszałem od znajomego chyba jeszcze pod koniec lat 80. Mowa była wtedy o jakichś superakumulatorach, które można naładować do 80% w zaledwie 15 minut. W tamtych czasach brzmiało to jak czysta fantastyka, zwłaszcza na tle całego tego złomu, z którego musieliśmy korzystać. Swoją drogą, wciąż szukam wzmianek o akumulatorach niklowo-kadmowych podobnych do AA, ale mniej więcej dwa razy dłuższych. Stosowano je w radiostacjach milicyjnych, ale z jakiegoś powodu zupełnie zniknęły z pola widzenia.

No więc te akumulatory są pod pewnymi względami podobne do niklowo-kadmowych, choćby dlatego, że również stosuje się w nich elektrolit alkaliczny. Ponieważ jednak płyty wykonano z innych materiałów, różnią się też parametrami elektrycznymi.
W skrócie mamy:
SEM: 1,85 V (napięcie robocze 1,55 V), nieco wyższe niż w akumulatorach niklowo-kadmowych i niklowo-metalowo-wodorkowych.

Teoretyczna gęstość energii: do 425 Wh/kg
Praktyczna gęstość energii: do 150 Wh/kg
Pod tym względem nie ustępują zbytnio nawet współczesnym akumulatorom litowym, dla których podaje się:
Gęstość energii: 110…270 Wh/kg

Jeszcze ciekawiej wygląda parametr:
Gęstość energii objętościowej: do 650 Wh/dm³. Czyli ile energii można upchnąć w określonej objętości.
Dla akumulatorów litowych parametr ten wynosi około 300 Wh/dm³.

Wychodzi na to, że na tym wykresie akumulatory srebrno-cynkowe znalazłyby się gdzieś daleko po prawej i po prostu nie zmieściłyby się na skali poziomej.


Oczywiście w rzeczywistości nie jest aż tak różowo, a przy wartości 650 Wh widnieje dopisek „do”. Mimo to robi to wrażenie, zwłaszcza że dzieli nas od tamtych czasów ponad 50 lat!
Ale nawet jeśli porównać akumulatory litowe o dużej pojemności z omawianym SC-25, różnica nie jest aż tak duża. Na zdjęciu pokazałem równoważną pojemność w Wh. Dla SC-25 wynosi ona około 40 Wh, dla pary ogniw 21700 około 38 Wh, a dla 3 sztuk 18650 również 38 Wh. Obudowa SC-25 jest jednak wyraźnie grubsza i zajmuje sporą część objętości.


Akumulatorom srebrno-cynkowym przypisuje się też bardzo duży prąd obciążenia, do 50C, oczywiście przy odpowiedniej konstrukcji płyt i wyprowadzeń prądowych. Ale ile znacie akumulatorów litowych, które mogą oddawać prąd 50C? Gdyby więc omawiane akumulatory były wysokoprądowe, mogłyby oddawać prąd do 1250 A.

W tej serii produkowano co najmniej cztery typy:
SC-25
SCK-25
SCS-25
SCD-25

SC oznacza akumulator srebrno-cynkowy, K — krótki cykl pracy (wysokoprądowy), S — średni cykl, D — długi cykl pracy (duża pojemność). Co ciekawe, w oznaczeniu wszystkich modeli widnieje liczba 25, choć odpowiada ona pojemności tylko w przypadku SC-25. Pozostałe mają pojemność odpowiednio 20, 30 i 40 Ah.


Ponadto podobne akumulatory mają deklarowany zakres temperatur od -40 do +60.

Wielu z was pewnie napisze: skoro te akumulatory są takie wspaniałe, to dlaczego nie trafiły do powszechnego użytku?
Po pierwsze, w pewnym sensie trafiły — tyle że nie akumulatory, a baterie, na przykład zegarkowe z serii SC. Po drugie, akumulatory srebrno-cynkowe mają też kilka wad:
Cena: w omawianym SC-25 znajduje się około 80 gramów srebra. W każdym akumulatorze!
Żywotność, a dokładniej liczba cykli, która w przypadku SC-25 wynosi zaledwie 50, a w przypadku SCK-25 — tylko 10.
Długi czas ładowania: 18 godzin dla SC-25.

Mimo to są tacy, którzy nie liczą się specjalnie z pieniędzmi i dla których liczba cykli nie zawsze ma kluczowe znaczenie, za to liczą się pojemność i niezawodność.
Przede wszystkim zastosowania lotnicze i kosmiczne: to właśnie akumulatory srebrno-cynkowe zasilały pierwszego satelitę (SCD-70 i SCD-18), a także pojazd księżycowy.


No i oczywiście wojsko — jakżeby inaczej. Podobne akumulatory stosowano w torpedach. Istniała nawet seria, w której jako elektrolitu używano wody morskiej (czyli torpeda nie działałaby w wodzie słodkiej), a także w różnych stacjach radiolokacyjnych i rakietach. Nie zdziwiłbym się, gdyby były również wśród rakiet, które dziś spadają na nasze miasta.


Dobra, koniec dygresji, przechodzę do recenzji.
Akumulatory przypominają nieco zwykłe niklowo-kadmowe. Mają też korek z zaworem, a zaciski śrubowe były chyba posmarowane czymś w rodzaju smaru stałego.


Gumowa uszczelka na zaworze z czasem uległa degradacji. No ale czego się spodziewać po 50 latach? Ciekawe, jak będzie wyglądał akumulator smartfona po takim samym czasie :)


Jeszcze raz dziękuję osobie, która mi je przysłała — przygotowała roztwór, napełniła nim akumulatory i dała im trochę postać. Zresztą ze mnie chemik jak z koziej... To nie mieszanie litu z kobaltem w piwnicy :)
Ciekawe, że napięcie pojawia się od razu po napełnieniu. Po lewej jeszcze suchy akumulator, po prawej już napełniony.


Czym je napełniać, napisano w mądrych książkach. W przypadku tych akumulatorów jest jednak pewna dziwna sprawa: z jednej strony informacji jest dużo, a z drugiej są one bardzo ogólne. Takich danych jak w nowoczesnych kartach katalogowych, dotyczących konkretnego modelu — prądów ładowania i rozładowania, dokładnych napięć i prądów — jest jakoś niewiele.


Zanim akumulatory do mnie dotarły, elektrolit trochę się wchłonął, dlatego ich poprzedni właściciel dał mi roztwór i strzykawkę, żebym mógł je uzupełnić.


Widok z trzech głównych stron.


Wymiary. Postanowiłem użyć autentycznej linijki, wyprodukowanej mniej więcej w tym samym czasie (1967 rok), a nawet w tym samym mieście. No powiedzcie, jakie jest prawdopodobieństwo, że po ponad 50 latach te dwa przedmioty spotkają się u mnie w domu?
Dla tych, którzy nie wiedzą: na zdjęciu jest „kalkulator”, z którego w szkole korzystali wasi rodzice, a pewnie nawet dziadkowie. I wyobraźcie sobie, że nie potrzebował ani akumulatora, ani ośmiordzeniowego procesora, a na takich „kalkulatorach” obliczano między innymi loty w kosmos.


Pomiar po otrzymaniu: impedancja jest mniej więcej taka sama, ale z napięciem dzieje się coś dziwnego. Dwa pierwsze wyniki są podobne, a napięcie trzeciego jest dwa razy wyższe.


Uzupełniam elektrolit i właśnie wtedy wyszła na jaw osobliwość radzieckich „kart katalogowych”: do jakiego poziomu go nalać? W internecie znalazłem informację, że należy uzupełniać do czerwonego znaku na obudowie. Obejrzałem te akumulatory, przejrzałem mnóstwo ich zdjęć, ale żadnych znaków nie ma.
W końcu nalałem na wyczucie, tak żeby mieć pewność, że płyty są zalane.


W trakcie zauważyłem, że obudowa jednego z akumulatorów jest pęknięta. Na wszelki wypadek zakleiłem ją zwykłą taśmą izolacyjną — kto wie, co mogłoby się stać.


Akumulatory postały przez jakiś czas, po czym powtórzyłem pomiary i przy okazji je zważyłem.
Obraz się jednak zmienił. W zasadzie tylko wyniki drugiego pozostały prawie bez zmian, za to w pozostałych zmieniło się zarówno napięcie, jak i rezystancja.


Do wstępnych testów użyłem testera akumulatorów EBC-A10H, oczywiście z połączeniem czteroprzewodowym.


Już na samym początku natknąłem się na problem: informacji jest niewiele.
W jednych źródłach pisano, żeby ładować do napięcia 2,05 V, w innych — do 2,10 V. W książce napisano, żeby ładować prądem 1,5 A przez 18 godzin. Dopiero później zwróciłem uwagę na wzmiankę o poziomie elektrolitu: 5–10 mm powyżej płyt. Myślę jednak, że ten zapas uwzględnia ubytek elektrolitu przez odparowanie; w moim przypadku wystarczy, żeby płyty były całkowicie zalane.
Najbardziej irytuje mnie w tej terminologii określenie „normalny prąd”. Przywykłem do konkretnych zaleceń w rodzaju: ładować prądem 0,5C do napięcia XX, zakończyć ładowanie, gdy prąd spadnie do 0,1 prądu ładowania — to jest znacznie bardziej jednoznaczne.


Rozpocząłem ładowanie prądem 1,5 A. Akumulator wykazał przy tym imponującą stabilność napięcia podczas ładowania — na początku wykres przez około 3 godziny był wręcz idealnie płaski, z dokładnością do tysięcznych wolta!
Po około 8 godzinach napięcie gwałtownie skoczyło.


Miałem wykres ładowania podobnych akumulatorów, więc uznałem, że akumulator po prostu się naładował.


W końcu przerwałem ładowanie, a obciążenie po prostu monitorowało napięcie na zaciskach akumulatora.


Po odczekaniu chwili rozpocząłem rozładowanie. Ustawiłem prąd 2,5 A, czyli 0,1C w bardziej znanej mi nomenklaturze, uznając, że to całkiem rozsądny „normalny” prąd :)
Akumulator oddał prawie 13 Ah, czyli około 20 Wh. Średnie napięcie wyniosło 1,54 V, a rozładowanie zakończyło się po spadku napięcia do 1 V. Przy okazji, napięcie odcięcia rozładowania też podają różne, w zakresie mniej więcej 0,6–1,2 V. Myślałem, żeby ustawić 0,9 V, podobnie jak w akumulatorach niklowo-kadmowych, ale kolega poradził ustawić równo 1 V.


Drugi cykl postanowiłem już przeprowadzić dłużej. Chciałem przynajmniej 18 godzin, ale z przyczyn technicznych musiałem ograniczyć się do 17 godzin i 25 minut.


Przy rozładowaniu tym samym prądem uzyskałem tym razem prawie 25 Ah, co jest już znacznie przyjemniejszym wynikiem. Średnie napięcie wyniosło 1,56 V.

Przy okazji, myśleliście, że macie problem z określeniem poziomu naładowania akumulatorów litowo-żelazowych, bo mają płaską krzywą rozładowania? Ha, trzy razy! Dopiero tutaj jest płaska krzywa — i to jaka płaska, ona jest po prostu równa...


Trzeci cykl ładowania przeprowadziłem już prądem 2,5 A, bo nie widziałem sensu tak długo czekać, a 0,1C to moim zdaniem całkiem normalna wartość.
Tym razem ładowanie przebiegało jednak nieco inaczej. Postanowiłem poczekać i zobaczyć, co się stanie, jeśli go nie przerwę.

Ostatecznie przerwałem je ręcznie, ale mimo to zauważyłem, że wykres ma dwa wzrosty: mniej więcej w pierwszej ćwiartce cyklu i na samym końcu. Dlaczego mnie to interesowało? No bo jakoś przecież się je ładuje, i to nie dopiero po całkowitym rozładowaniu, więc musi istnieć jakiś sposób określenia końca tego procesu.


Potem przyszła kolej na testy. W sumie wyszło ich dziesięć. Biorąc pod uwagę długi czas ładowania, trudno nawet policzyć, ile to wszystko ostatecznie zajęło. A to dopiero pierwszy z trzech akumulatorów.
Testowałem w trybach: 0,1, 0.2C, 8.5A (zalecany maksymalny prąd), 10, 12.5, 15, 20, 25 i 30A.


Podczas testów mierzyłem temperaturę. Podam wyniki dla prądów 20, 25 i 30A. Moim zdaniem to trochę za dużo, choć trzeba pamiętać, że akumulator pracował przy trzykrotnym przeciążeniu.


Początkowo wykres ładowania tego akumulatora był trochę dziwny. W trakcie testów, przed ostatnią próbą, eksperymentalnie spróbowałem ładowania prądem 4.5A. Co dziwne, tym razem wykres był ładny, a ładowanie zakończyło się prawidłowo. Jednak po zakończeniu wszystkich testów, gdy zacząłem ładować go ponownie, okazało się, że nie da się go już naładować.


Sprawdziłem go kamerą termowizyjną i zauważyłem anormalne nagrzewanie się w jednym punkcie.


Po dokładniejszym oględzinach okazało się, że pojawiła się tam jakaś anormalna narośl.


Sam akumulator też wyglądał dość dziwnie.


Rezystancja wewnętrzna spadła, podobnie jak napięcie. Po prawej dla porównania wyniki testu drugiego egzemplarza po pierwszym cyklu.


Wygląda na to, że doszło do zwarcia wewnętrznego, bo gdy wziąłem go do ręki po około 10 godzinach, był wyraźnie ciepły.


Podczas testów zauważyłem też, że białe płytki wewnątrz zrobiły się niemal czarne, więc postanowiłem nagrać ten proces.
Film przyspieszono około 30 razy; oryginalnie ładowanie prądem 1.5A trwało 24 minuty.


A oto efekt: po prawej nowy akumulator, po lewej ten po około pół godziny od rozpoczęcia ładowania.


Drugi egzemplarz zachowywał się podczas ładowania znacznie lepiej. Na początek przeprowadziłem cykl trwający około 18 godzin przy prądzie 1.5A.


Najważniejsze jest jednak to, że ustawiłem próg odcięcia na podstawie napięcia i spadku prądu, a akumulator prawidłowo przechodził cały cykl ładowania. Na koniec spróbowałem ładować go prądem znacznie większym od zalecanego i nawet w tym trybie ładowanie zakończyło się prawidłowo.


W przypadku tego akumulatora postanowiłem ograniczyć prąd rozładowania do 25A, bo 30A to dla nich zdecydowanie za dużo — elektrolit zaczyna się przegrzewać.


Temperatura przy prądach 20 i 25A


Trzeci egzemplarz przygotowywałem mniej więcej w ten sam sposób. Z przyczyn technicznych trwało to nieco dłużej niż zalecano — tester nie ma opcji ograniczenia czasu ładowania, można ograniczyć tylko czas rozładowania.


Spróbowałem też ładowania prądem znacznie większym od zalecanego. Podobnie jak w przypadku poprzedniego egzemplarza ładowanie zakończyło się prawidłowo, ale widać, że trwało to dłużej.


Wyniki przy tych samych prądach: 0.1, 0.2C, 8.5, 10, 12.5, 15, 20 i 25A


Temperatura przy prądach 20 i 25A


Ciekawszy jest jednak wykres porównujący wszystkie trzy egzemplarze w trzech trybach: 0.2, 0.2 i 1C. Widać, że akumulatory różnią się nie tylko oddawaną pojemnością, ale też samą krzywą rozładowania, szczególnie na początkowym odcinku. Można powiedzieć, że każdy egzemplarz ma swój charakter.


Końcowe wyniki pomiarów impedancji, napięcia i masy. Różnice są tu również widoczne: pierwszy egzemplarz całkiem padł, w drugim wzrosła rezystancja, a testy dobrze przeszedł tylko trzeci.
Warto jednak dodać, że:
1. Pierwszy miał najlepszą oddawaną pojemność, ale padł.
2. Drugi zachowywał się najlepiej podczas ładowania, a jego pojemność była przeciętna.
3. Trzeci miał przeciętną krzywą ładowania, ale wypadł najgorzej pod względem oddawanej pojemności.


Podczas testów poziom elektrolitu nieco się obniżył. Widać, że największy ubytek nastąpił na środku, gdzie temperatura była wyższa — elektrolit po prostu wyparował. No cóż, jeśli temperatura obudowy wynosiła około 65 stopni, to w środku było wyraźnie więcej.
Na zdjęciu trzeci egzemplarz, który zostawiono mi na pamiątkę — za co serdecznie dziękuję :)


Na marginesie: szukając różnych informacji, natknąłem się na komentarz, w którym napisano, że elektrolitu alkalicznego nie wolno przechowywać w plastikowych opakowaniach, a dokładniej w zwykłych butelkach PET, ponieważ plastik może ulec degradacji w wyniku reakcji chemicznej z elektrolitem.
No cóż, sprawdziłem to i rzeczywiście — po mniej więcej miesiącu lub półtora plastik zrobił się zupełnie miękki, a butelka zaczęła przeciekać. Na zewnątrz osadzały się jakieś białe kryształki. Nie przechowujcie więc takiego elektrolitu w butelkach PET.
Musiałem przelać trochę do szklanego naczynia, a resztę zutylizować :(


I to właściwie tyle z tej nietypowej recenzji. Trudno wyciągać wnioski, bo rzetelniej byłoby zmierzyć nowe akumulatory. Z drugiej strony pokazałem akumulatory, które przechowywano przez ponad 50 lat, a potem zalano elektrolitem i działały całkiem normalnie. Co więcej, przy deklarowanym prądzie rozładowania 8.5 A mogły oddawać nawet 25 A.
Naprawdę zaskoczył mnie jednak niemal idealnie płaski wykres rozładowania. Ciekawe, jak dawniej określano poziom naładowania — czy nie było to potrzebne, a może korzystano z obliczeń opartych na pojemności, prądzie obciążenia i czasie pracy na akumulatorze?

Na razie to wszystko. Dziękuję sponsorowi za akumulatory, a czytelnikom za komentarze i ocenę recenzji :)
A tak przy okazji, czy komuś nie zalega przypadkiem w schowku niepotrzebny RTG? :)

P.S. Cienie zapomnianych przodków, ukraiński film z 1965 roku, którego tytuł idealnie pasuje do tematu tej recenzji. Poza tym film powstał właściwie w tym samym czasie co akumulatory.