Taśmy niklowe, czyli czym łączy się ogniwa w pakietach akumulatorów

Niedawno widziałem wzmiankę, że brakuje recenzji nietypowych produktów, więc dziś mam właśnie taką recenzję. Chociaż sam nie nazwałbym tego produktu nietypowym, to nie natknąłem się na podobne recenzje i właśnie dlatego postanowiłem napisać.
Niejednokrotnie spotykałem się z pytaniami, czym zgrzewa się pakiety akumulatorów. Wiadomo, że używa się do tego specjalnej taśmy, ale jakie są jej rodzaje, czym się różnią i którą najlepiej wybrać — o tym postaram się dziś opowiedzieć.


Na początek mała uwaga dotycząca ceny podanej w tytule. Taśma jest sprzedawana najczęściej na wagę albo na metry. W tym przypadku kupiono partie po 1kg, a cena takiej partii wynosi około 52-53 dolary, niezależnie od szerokości i grubości. Wyjątkiem jest szeroka taśma, której cena za 1kg jest wyższa — o niej również dziś opowiem.

Z tego, co wiem, taśmy wykonuje się z kilku materiałów: niklu oraz stali pokrytej niklem. Drugi wariant jest z oczywistych powodów nieco tańszy, ale ma swoje wady:
1. Nieco większa rezystancja.
2. Podatność na korozję.

Jeśli chodzi o rezystancję, różnica nie jest duża, ale sam materiał może mieć kluczowe znaczenie. Przy przygotowywaniu pakietów akumulatorów do hulajnóg elektrycznych, rowerów i podobnego sprzętu (czyli tam, gdzie zużywa się dużo taśmy) trzeba uwzględnić warunki eksploatacji. Nikiel jest mało aktywny chemicznie, więc nie ulega korozji. Taśmę stalową również pokrywa się niklem w tym samym celu, ale jej krawędzie, a zwłaszcza miejsca zgrzewania, pozostają odsłonięte. W przypadku baterii do laptopa (na przykład) nie ma to znaczenia, ale bateria w jakimś Segwayu pracuje w warunkach podwyższonej wilgotności i prędzej czy później miejsce styku może po prostu zardzewieć.
Poza tym pamiętajmy, że nikiel jest zwykle czysty, a stal to stop — i nikt nie wie, co do niego domieszano. Myślę, że wielu słyszało o tajnych recepturach stopów w rodzaju „folia z tekturą” :)



Wysyłka i pakowanie. Pięć punktów na pięć: sprzedawca nie tylko całkiem dobrze wszystko zapakował, ale też wysłał przesyłkę DHL-em. Zamówienia składano w dwóch turach, po 2 kg w każdej paczce. Jedyne, do czego można się trochę przyczepić, to niezbyt szybka wysyłka, ale w każdym razie przesyłka dotarła w dość krótkim czasie.
Myślę, że sprzedawca po prostu zbiera zamówienia na taśmę o różnych szerokościach, potem zleca pocięcie większej partii i rozsyła ją kupującym.

Taśma była ciasno owinięta folią, potem kilkakrotnie owinięta folią bąbelkową i ciasno umieszczona w kartonowym pudełku.


Taśma jest dostępna w kilku wariantach grubości i szerokości:
0.1x5mm
0.1x6mm
0.1x8mm
0.1x10mm
0.15x5mm
0.15x6mm
0.15x8mm
0.15x10mm
0.2x5mm
0.2x6mm
0.2x8mm
0.2x10mm
0.15х7х27mm

Pogrubiłem warianty pokazane w dzisiejszej recenzji.

Według deklaracji materiał to nikiel o czystości 99.96%. Spróbuję to sprawdzić nieco później, a na razie kilka ogólnych informacji o produkcie.
Jak już pisałem, zamówienia były dwa: pierwsze dla mnie, drugie dla kolegi. Sam nie potrzebowałem tej taśmy, a zamówienie podzieliłem na dwie części częściowo ze względu na cenę, a częściowo dlatego, że chciałem najpierw sprawdzić jakość produktu, a dopiero potem zamówić drugą partię.

Zacznę od taśmy 0.2x8mm i 0.15х7х27mm


Każda rolka jest nawinięta na plastikowy rdzeń. Średnica rolek wynosi 165mm w przypadku wąskiej taśmy i 137mm w przypadku szerokiej.


Taśma jest nawinięta bardzo ciasno, a oprócz wspólnego opakowania każda rolka jest dodatkowo zapakowana osobno.


Moim zdaniem waga się zgadza: każda rolka waży nieco ponad kilogram, czyli pod uwagę brana jest masa materiału, a nie całej rolki.


Taśma 0.2х8. Szerokość i grubość zgadzają się z deklarowanymi, z uwzględnieniem błędu suwmiarki.


Druga taśma jest znacznie ciekawsza — z wyglądu przypomina kliszę fotograficzną.


Taka taśma służy do wygodniejszego łączenia dużych pakietów, szczególnie przydatnych w pojazdach elektrycznych. Na przykład można zgrzać cztery akumulatory jednym kawałkiem taśmy — będzie to łatwiejsze i pewniejsze. Niestety rekompensuje to niemal półtorakrotnie wyższa cena samej taśmy.


Zmierzone wymiary taśmy.


Grubość mierzyłem wąską częścią szczęk suwmiarki.


Rysunek od sprzedawcy. U mnie wyszły nieco inne wymiary, zwłaszcza szerokość wewnętrznej poprzecznej części. Z obliczeń wynika, że powinno tam być 6mm (20.2-14.2=6), a u mnie wyszło, nie wiedzieć czemu, 7.22.


Przejdźmy do testów.
Najpierw spróbowałem lutowania. Wynik po prostu znakomity. Lutowałem, używając wyłącznie topnika zawartego w spoiwie. Spoina wychodzi ładna, a lutowanie jest bardzo łatwe: wystarczy wziąć spoiwo, dotknąć lutownicą i efekt jest taki jak na zdjęciu.


Samo lutowanie tak naprawdę niczego jednak nie potwierdzi — stal pokryta niklem najpewniej lutowałaby się dokładnie tak samo.

Niestety nie jestem chemikiem, który po użyciu odczynników już po minucie czy dwóch potrafiłby dokładnie powiedzieć, co to jest, więc trzeba będzie sprawdzić to na kilka innych sposobów.

Sposób nr 1.
Na początek odcinamy z każdej taśmy kawałek o długości około 110–120 cm.


Następnie zaznaczamy markerem na każdym kawałku odcinek o długości jednego metra, tak aby na obu końcach zostały mniej więcej jednakowe „ogonki”.


Do końców taśmy podłączamy regulowany zasilacz. Można też po prostu podłączyć obciążenie przez taśmę, ale trzeba wtedy znać prąd płynący w obwodzie i najpewniej przyda się jeszcze amperomierz. Z regulowanym zasilaczem jest po prostu wygodniej.
Sondy miernika podłączamy do zaznaczonych wcześniej punktów i podajemy prąd.

Najpierw sprawdziłem przy prądzie 1 A, a potem 5 A. W rezultacie otrzymałem pewien spadek napięcia na taśmie — w tym przypadku 54,95 mV przy prądzie 1 A. Przy prądzie 5 A taśma zaczyna się nagrzewać, a napięcie rośnie. Ogólnie im mniejszy prąd, tym lepiej, ale wtedy potrzebny jest woltomierz umożliwiający pomiar bardzo małych napięć albo taśma o większej długości.
Wychodzi na to, że rezystancja metrowego odcinka taśmy wynosi prawie 55 mΩ. Jeśli używacie innej wartości prądu, wystarczy podzielić zmierzone napięcie przez prąd. Na przykład otrzymaliśmy 123 mV przy prądzie 0,45 A: 0,123/0,45=0,273 Ω, czyli 273 mΩ.

W ten sam sposób zmierzyłem rezystancję drugiego kawałka, choć tym razem miałem nieco inny cel. Wyszło mi 40,9 mΩ.


Dla pewności podłączam jeszcze miernik, o którym opowiadałem niedawno, i otrzymujemy praktycznie te same wartości, z uwzględnieniem błędu pomiaru zarówno pierwszego testu, jak i samego miernika — 53,7 i 40,4 mΩ.


Teraz przeliczmy zmierzoną rezystancję na przekrój 1 mm². Wąska taśma miała grubość 0,2 mm i szerokość 8 mm, co daje 1,6 mm² (0,2×8=1,6). Rezystancję 54–55 mΩ mnożymy przez 1,6 i otrzymujemy 86,4–88 mΩ.
Zaglądamy do tabeli i widzimy, że rezystywność niklu wynosi 87 mΩ na 1 m przy przekroju 1 mm², co zgadza się z pomiarami przedstawionymi wyżej.
A skoro mowa o stali, o której wspominałem wyżej: w tabeli widać, że podano dla niej zakres rezystancji, ponieważ jest to stop, a jego rezystancja zależy od tego, co dokładnie w nim zmieszano.

Przy okazji zmierzyłem wyżej rezystancję szerokiej taśmy, ale zrobiłem to z nieco innego powodu — po prostu chciałem poznać jej przekrój, bo obliczanie go matematycznie nie jest zbyt wygodne.
Rezystancja niklu wynosi 87 mΩ, więc taśma, dla której zmierzyłem 40,4 mΩ, ma przekrój około 2,17 mm².


Sposób nr 2.
Materiał można też sprawdzić na podstawie jego gęstości.
W tym celu odciąłem z poprzednich „obiektów badań” kawałki o długości dokładnie 1 m. Na szczęście były już na nich oznaczenia, które zrobiłem przed pomiarem rezystancji.
Potem po prostu zważyłem je na swojej wadze. Waga oczywiście nie jest idealna, ale do tego rodzaju pomiarów jest wystarczająco dokładna.


Następnie obliczamy objętość zważonego paska. Najpierw przeliczamy taśmę na szerokość 10 mm: 100 cm mnożymy przez szerokość 0,79 cm i otrzymujemy 79 cm przy szerokości taśmy 10 mm.
Grubość taśmy wynosi 0,2 mm. Mnożymy ją przez 79 i otrzymujemy 1,58 cm, czyli 15,8 mm. Taka byłaby grubość, gdybyśmy pocięli naszą taśmę o szerokości 10 mm na paski o długości 10 mm i ułożyli je razem.
Teraz trzeba więc podzielić masę 1 m taśmy przez 1,58, a otrzymamy gęstość przeliczoną na 1 cm³.
13,93/1,58=8,816

Według informacji znalezionych w internecie gęstość niklu wynosi 8,907. U mnie wyszło 8,816, czyli nieco mniej, ale duży wpływ mają tu błędy pomiaru, zwłaszcza grubości taśmy. W każdym razie jest to wyraźnie więcej niż gęstość stali, która wynosi od 7,7 do 7,9 g/cm³.


Jest jeszcze trzeci, stosunkowo prosty sposób sprawdzenia, ale go nie wypróbowałem. Chodzi o to, że nikiel jest magnetyczny, ale jego temperatura Curie wynosi 358 stopni, a w przypadku stali przekracza 800. Jeśli więc podgrzejemy pasek niklu do temperatury powyżej 358 stopni, straci on właściwości magnetyczne.


Na tym postanowiłem zakończyć eksperymenty, ale kolega poszedł o krok dalej. Interesowało go, ile czystego metalu faktycznie dostał. Nie próbowałem wyciągać plastikowej szpuli, ale on zaryzykował, kierując się czystą ciekawością.
Okazało się, że waży ona około 65 g. Całkowita masa szpuli wynosiła 1053 g, więc masa samego metalu to 988 g. Mniej, niż deklarowano, ale moim zdaniem różnica nie jest krytyczna.


No i właśnie dotarła druga zamówiona para szpul. Dostawa odbyła się również za pośrednictwem DHL Express, co przy wadze 2 kg nie jest, o ile dobrze rozumiem, zbyt tanie.
Zamówiłem taśmę 0.1x5mm i 0.15x6mm. Szpule z taśmą ważyły odpowiednio 1070 i 1005 gramów. Pierwsza miała niewielką nadwagę, druga była za lekka, średnio wychodzi więc około 1 kg na szpulę.
Żeby nie taszczyć tego wszystkiego do domu i nie powtarzać całej procedury, poprosiłem po prostu o odcięcie mi dwóch kawałków po 120 cm.


Dalej przeprowadziłem ten sam test, mierząc rezystancję. Mogę zauważyć, że przy prądzie 5 A rezystancja taśmy 0.1x5mm zaczyna mocno rosnąć. Nic dziwnego: przy prądzie 5 A wydziela się na niej około 4 W i choć taśma nie nagrzewa się w dotyku, jej rezystancja rośnie.


Obliczony przekrój pierwszej taśmy wynosi 0.5mm, a drugiej 0.9mm. Zmierzone rezystancje to odpowiednio 153х0,5=77 mΩ i 76.3х0.9=68.7, przy normie 87. Coś tu się nie zgadza.


Ważymy. Nawet pobieżne obliczenia pokazują, że mamy tu coś innego, niż powinniśmy. Przekroje taśm wynoszą 0.5 i 0.9mm, a ich masa różni się z jakiegoś powodu dwukrotnie.


Mierzymy i okazuje się, że pierwsza taśma ma prawidłowe wymiary, a druga zamiast 6 mm szerokości ma aż 7 mm. Sprzedawca nie ma takiej taśmy w ofercie — po 6 mm od razu jest 8 mm.
Szczerze mówiąc, cały czas czekałem, gdzie tkwi haczyk, bo nie może być aż tak dobrze: cena odpowiednia, dostawa DHL, a materiał zgodny z opisem. Ostatecznie okazało się, że w przypadku jednej z taśm pomylono wymiary. To nie jest wielki problem, ale po przeliczeniu na długość taśmy wychodzi, że jest jej mniej więcej o 15% mniej.

A co z obliczeniami? Gęstość mniej więcej się zgadza, ale rezystancja wyszła mi niższa od deklarowanej: 76 mΩ dla pierwszej taśmy (0.1х5) i 73 dla drugiej (0.15х7). W tym przypadku winę zrzucam na dokładność pomiarów, bo taśma jest cienka i mogą występować naturalne odchyłki. Nawet błąd pomiaru wynoszący 0.01mm przy pomiarze grubości 0.1mm daje już 10% błędu, a to całkiem sporo.

Mogę jednak z pewnością powiedzieć, że to nie jest stal pokryta niklem: gęstość jest większa niż w przypadku stali, rezystancja niższa, a taśma nie sprężynuje.



Druga część eksperymentów odbyła się już u kolegi, gdzie postanowiliśmy spróbować zgrzewać te paski z akumulatorami.
Do eksperymentu przygotowaliśmy pięć pasków: cztery z recenzji i jeszcze jeden bardzo wąski, 0.1х4mm.


W eksperymencie wzięło też udział kilka akumulatorów, część nowych, część używanych. Do małych akumulatorów zgrzewaliśmy paski o grubości 0.1mm, a do 18650 — 0.15 i 0.2mm.


Już na etapie przygotowań kolega pokazał mi małą „sztuczkę”, o której nawet nie pomyślałem. Szeroka taśma służy nie tylko do zgrzewania kilku akumulatorów naraz — jej wymiary są też dobrane tak, by pasowała do uchwytów na akumulatory, o których już opowiadałem. Dzięki temu taśma idealnie układa się w przeznaczonych dla niej rowkach.


Zgrzewanie wykonaliśmy urządzeniem ze sterownikiem Yurok, którego składanie pomagałem przeprowadzić. Dla każdej taśmy używaliśmy innych ustawień, zależnych zarówno od jej grubości, jak i od typu akumulatorów oraz materiału ich styków.
Taśma o grubości 0.1mm i szerokości 4mm zgrzała się tak mocno, że ledwo udało się ją oderwać.


Podobnie było z taśmą 0.1х5mm kupioną na AliExpress.


W przypadku większych akumulatorów i grubszych taśm wynik był nieco gorszy — udało się oderwać taśmę w całości. Kolega wyjaśnił jednak, dlaczego tak się stało. Do prawidłowego zgrzewania potrzebna jest nie tylko wygoda obsługi urządzenia, ale też dobry docisk. Ponieważ urządzenie stało po prostu na stole, a ja przy okazji nagrywałem film, wynik był nieco gorszy, niż planowaliśmy.
Mimo to ogólnie udało się osiągnąć zamierzony rezultat. Na zdjęciu widać na przykład pakiet 6P1S.



Najpierw pomyślałem, że należy zgrzewać tak, jak pokazano po lewej, ale kolega powiedział, że lepszy rezultat uzyskamy, jeśli ustawimy styki tak, by prąd płynął wzdłuż linii pokazanej po prawej.


Film z testów. Kolejne próby zgrzewania taśm w następującej kolejności: 0.1х4, 0.1х5, 0.15х6(7), 0.12х8 i 0.15х27. Na filmie wyraźnie widać, jak podczas zgrzewania urządzenie unosi się do góry. To właśnie o tym pisałem wyżej — zgrzewanie w takich warunkach było bardzo niewygodne, co nieco wpłynęło na wynik.


Przy okazji postanowiłem zrobić wspólne zdjęcie przyrządów używanych podczas pracy. Każda podstawka jest przeznaczona do określonych pakietów akumulatorów, elektronarzędzi, radiostacji, a nawet golarek elektrycznych. Powyżej widać po prostu zacisk na wypadek pracy z długimi pakietami. Co więcej, podstawki, które z zewnątrz wyglądają identycznie, różnią się także średnicą wewnętrzną, ponieważ akumulatory powinny wchodzić z lekkim wciskem, a czasem muszą być też ustawione względem siebie w określony sposób.


To chyba wszystko. Mogę powiedzieć, że ogólnie produkt w pełni odpowiada opisowi, dostawa była szybka, opakowanie w porządku, a cena wyraźnie niższa niż przy zakupie na metry. Jedyną rzeczą, która nieco popsuła ogólne wrażenie, była pomyłka w szerokości jednej z taśm: zamiast 6 mm było 7 :(

Taśmy z recenzji — link
Szeroka taśma, 0,5 kg — link
Szeroka taśma, 1 m — link
Zwykła taśma w kawałkach — link
Pojedyncze blaszki niklowe — link
Podwójne blaszki niklowe — link


Jak zwykle, chętnie odpowiem na pytania. O tym, co wiem, opowiem sam, a o to, czego nie wiem, zapytam kolegę.