Опять про ЭДС и токи гальванических элементов

[Нехимикнеуч]

Не химик, ник говорит сам за себя, но хочется получить ответ, пока нет реактивов для опытов по рукой.

Возъем вменяемо доступные в быту и удаленно разнеснные в обе стороны от водорода в ряду электродных понтенциалов металлы.

Пусть анодом будет магний, а катодом серебро. Поместим электроды для получения максимальной ЭДС именно в раствор щелочи, а не кислоты или соли. Насколько я понимаю, ЭДС получится в одном электролите как разность потенциалов магний-водород, а не магний-серебро? Поэтому серебро можно заменить на более дешевую медь или вообще углеродный электрод, которые не будут расходоваться. Вроде можно можно еще повысить ЭДС за счет положительной вольтдобавки катода, если правосторонний от водорода электрод (катод) поместить в кислотный электролит и сделать гальванический элемент по классической схеме Даниеля. Но тут возникает практический вопрос: из чего можно  сделать ионодиффузную мембрану между электролитами щелочь-кислота? Мипласт, фторопласт, пародиффузный изоспан и тп? Обычный солевой мост хлорида калия в резиновой трубке насколько снизит токоотдачу по сравнению с мембраной?

Задача практическая. На летней даче без электричества и газа стоит солнечная батарея с тяговым  свинцово-кислотным аккумулятором 12 В 100 Ач. для питания бытовой аппаратуры и светодиодного освещения. Если несколько дней пасмурно, то батарею приходится заряжать от бензогенератора. Хочу попробывать сделать двухэлектролитный (щелочь-кислота с добавкой марганцовки) гальванический источник тока из нескольких паралельно-последовательных ячеек большого объема в итоге на 15 В 2-5 А на паре алюминий-медь, чтобы не допускать полного разряда аккумулятора в пасмурные дни . Стоимость 1 кг алюминия соизмерима со стоимостью бензина, щелочь и кислота тоже копеечные.

Поэтому стоит задача миниминизировать число ячеек - так что надо выжать макисмальные ЭДС и ток . Безопасность эксплуатации конструкции в расчет не берется - не сложнее  обслуживания обычного свинцового атомобильного аккумулятора с заменой щелочи пару раз в неделю. А вот задача уменьшения внутреннего сопротивления источника тока пока практически видна в плоскости применения мембраны большой площади между электролитами и уменьшения расстояния между электродами опять же большой площади. Поэтому и интересует вопрос про ток через калийный мостик и йонодиффузный материл мембраны. Электроды хочу сделать из алюминиевой и омедненной кастрюли вложенных друг в друга.

[tvv385]

Посмотрите внимательно электрохимические таблицы потенциалов реакций - там специально есть отдельные строчки с реакциями H/H+ (ну точнее H2/2H+, ну не важно), и отдельно OH-.    Дак вот это оно и есть - в щелочной среде ионы OH-, а в кислой H+ - соответвенно и реакции будут идти разные...

(причем H+ в щелочной среди тоже конечно будут, так-же как и OH- в кислой - просто их на несколько порядков меньше - определяется растворимостью(ПР) для солей либо константой диссоциации для электролитов, для воды произведение -14 степень, в нейтральной среде просто концентрации H+ и OH- равны, поэтому и pH нейтральной среды равно 7, то есть 7+7 = 14.   Если увеличите на порядок концентрацию H+ или OH-, то на порядок соотв. будет меньше концентрация обратному ему иона из-за рекомбинации тк произведение в результате тепловой диссоциации электролита при заданной температуре константа)

 

Vladimir

PS  с алюминием аналогично - в щелочной и кислой среде будет идти разные реакции с разными потенциалами, обе есть в нормальной электрохимической таблице.   Но с алюминием будут еще грабли - образование не проводящего оксида - с магнием этих проблем меньше(поэтому в щелочи растворить алюминий легче, там растворимые алюминаты образуются а не нерастворимый оксид, но там и потенциалы реакций ниже чем в кислой среде)...

[Himeck]

Довольно обстоятельная подборка самоделок http://batareyki.105mb.ru/samodelakkum_cat  

[Нехимикнеуч]

Я тут просто пытаюсь еще  и про экономику порассуждать. Мою АКБ надо минимум подзаряжать 15 часов током от 3 А. Бензогенератор 2200 Вт расходует 1.8 литра в час. Это получается около 1000 рублей на каждую зарядку с амортизацией генератора, у которого ресурс 1200-1500 часов плюс его тарахтение без присмотра. Дальше лучше купить новый за 30000 тыс на такую мощность. Можно конечно повторить большую алкалиновую батарею с худшими параметрами. Но оксид марганца - 200 руб/кг минимум полюс сам алюминий столько же. И оба -  расходуются. ЭДС 1.5 вольта. Магний - 1000 руб/кг. Дорого. Вроде бы щелочно - кислотные (а не просто щелочные) гальванические источники позволяют при алюминевом аноде и медном или углеродном катоде (не расходуются)  получить ЭДС свыше 2,5 В. Просто щелочной не обеспечивает вроде бы постоянства ЭДС.  Перерыл весь интернет и выложенные издание по элетрохимии - не нашел такой конструкции, а только информацию, что в 20 веке активно использовались в оборудовании связи щелочно-кислотные цинково-медные ГЭ. Поэтому задаю вопросы. 1. Какие характеристики будут хуже про одном только щелочном электролите? Из чего лучше сделать ионодиффузный сепаратор большой площади среды щелочь-раствор марганцовки ?

[tvv385]

А чем вас готовые разработки не устраивают?

 

Вот это например - бром можно заменить например жидким хлором, добытым из морской воды, а цинк железом или магнием...

 

http://ru.wikipedia.org/wiki/Цинк-бромный_аккумулятор

 

 

В принципе еще лучше бы подошли redox-flow батареи(жидкий электрод) - но стандартные на солях ванадия и требуют ион-проводящих мембранн, что в общем-то не дешево и лишнии заморочки...

 

Цинк-бромный в этом смысле интереснее тем что легче собрать из подручного хлама - никакие редкие и недолговечные мембраны не нужны - но он правда из-за этого только наполовину жидкий...   Но зато проблем меньше - когда один электрод твердый, то мембрана уже не нужна становиться, да и насос(при откл насоса электролит вообще стекает в бак) позволяет не только увеличить эффективность, но и использовать электрохимические системы с большим саморазрядом(что раньше обычно не использовалось пока не применяли насосы) - выбор дешевых и доступных компонентов становить шире, только выбирай...

 

Vladimir

PS  можете тут сделать тему

http://www.professionali.ru/Forums/2193

[Нехимикнеуч]

Все эти хлориды и бромиды не для хранения и использования в быту. Можно сделать теоретически хороший АКБ на расплаве хлорида алюминия с никелем. А готовые есть - цинк воздушные ГЭ. Но цена от 1000 руб и выше. За такие деньги мне лучше от генератора заряжаться или возить свинец домой на подзарядку туда-сюда.

Изменено 28 Декабря, 2014 в 10:26 пользователем Нехимикнеуч

[aversun]

Я тут просто пытаюсь еще  и про экономику порассуждать. Мою АКБ надо минимум подзаряжать 15 часов током от 3 А. Бензогенератор 2200 Вт расходует 1.8 литра в час. Это получается около 1000 рублей на каждую зарядку с амортизацией генератора, у которого ресурс 1200-1500 часов плюс его тарахтение без присмотра

Используйте литий фосфатные аккумуляторы

http://2a3a.ru/a123_li-fe/

[Нехимикнеуч]

Хочется сделать очень дешево и из подручного материала. За киловатт-час лития можно три киловат-часа тягового свинца купить без всяких контроллеров и возить-ротировать домой на выходные для заряда по одному, а два остаются на даче.  У меня на работе в кабинете магний-солевая (пищевая) батарейка в четырех  пластмассовых ведрах на подоконнике стоит и  питает одноватный светодиод. Даже молодые сотрудницы приходят специально , чтобы с этими ведрами сфотогрфироваться.

Изменено 28 Декабря, 2014 в 13:53 пользователем Нехимикнеуч

[aversun]

У меня на работе в кабинете магний-солевая (пищевая) батарейка в четырех  пластмассовых ведрах на подоконнике стоит и  питает одноватный светодиод. Даже молодые сотрудницы приходят специально , чтобы с этими ведрами сфотогрфироваться.

Было бы на что смотреть, маленькие наливные батарейки Mg/PbCl2, Mg/CuCl или Mg/PbO2 лампочку накаливания в спасательных жилетах почти сутки питают

можете еще так поэкспериментировать

http://istochnik-m.ucoz.ru/publ/mekhanika/samodelnye_batarejki/3-1-0-458

Изменено 28 Декабря, 2014 в 11:05 пользователем aversun

[Нехимикнеуч]

Было бы на что смотреть, маленькие наливные батарейки Mg/PbCl2, Mg/CuCl или Mg/PbO2 лампочку накаливания в спасательных жилетах почти сутки питают

можете еще так поэкспериментировать

http://istochnik-m.ucoz.ru/publ/mekhanika/samodelnye_batarejki/3-1-0-458

Эти на подоконнике в открытом виде не оставишь - народу внутренности хочется поизучать.    А так есть куда двигаться в плане экспериментов - поэтому и возник вопрос, что лучше калийный мостк или сепаратор? Дома никакой щелочи нет пока. Крот - это несколько не то. После праздников пойду в магазин химрективов - купли гидроксида калия; намотаю на внешнюю поверхность всего цилиндра большой суповой алюминиевой кастрюли синтетическое полотенце; сверху полотенце обнесу прореженными витками толстого медного провода; полученную "катушку" помещу в пластмассовое ведро с раствором щелочи. Посмотрю, за сколько кастрюля растворится и с какими токами и ЭДС. Поэксперементирую с добавлением в щелочь оксида марганца или насыщенного раствора марганцовки. Если результаты не устроют, сделаю двухведерную кислотно-щелочную схему по модели Даниеля с газодиффузным сепаратором типа Изоспан. 

Изменено 28 Декабря, 2014 в 11:25 пользователем Нехимикнеуч