Альтернативная энергетика - как можно повысить КПД термогальванического элемента

[ViktorP]

Всем неравнодушным к альтернативной энергетике. Выношу на обсуждение вариант реализации термогальванической ячейки. Подробное описание во вложении.

 

В одном из учебников физхимии издания 50-60 годов целый параграф был посвящен термогальваническим источникам тока. Приведен один опыт, который был как бы обобщением всех возможностей и вынесен вердикт-КПД термогальванических источников тока < 1%. Потом все подряд перечитывал - того учебника, того параграфа не нашел. Информации в литературе мизер. Тем не менее некоторые работы за рубежом ведутся. Там для повышения КПД развивают контактные поверхности электродов. В моем понимании процессы нагрева и процессы окисления необходимо разводить в пространстве для увеличения КПД. А также уравновешивать тепловой баланс прежде всего окислительного процесса через дозированную теплопередачу.

 

Два вопроса:

1) Теоретически в окислительно-восстановительных реакциях какая часть химической энергии может перейти в электрическую? В литературе встречаются мнения, что чуть ли не 100%.

2) Думал опыт в гараже ставить, реактивы приобрел. Тут лето закончилось. В квартире с пиридином работать опасаюсь. Кто-то может провести эксперимент в лаборатории?

 

PS Моя цель продвинуть проект для результата не личного, а общественного. Нужны новые идеи обществу для решения экологических, экономических проблем. Для будущего наших детей, как бы не высокопарно это звучало. Поэтому пока всё бескорыстно. Но если когда-то за труды придет вознаграждение, всякий оказавший реальную помощь будет наравне с другими участниками решать — как его (вознаграждение) поделить по-справедливости.

PublicationPVS.pdf

[Alonerover]

Вы конечно извините за критику, но экологические проблемы решаются социальными путями, воздействием на структуру общества, а не опытами в гаражах. И дело не в корыстности или бескорыстии, это вообще к делу отношения не имеет.

 

1 - КПД термопреобразователей всегда будет низким именно из-за использования тепловой энергии, которая в силу физических законов нашей вселенной склонна к диссипации. Короче - рассеивается тепло. Во все стороны. Даже если вы супер-пупер термоизоляцию придумаете - всё равно основное тепло будет уходить в пустую.

 

2 - А зачем в опытах по термоэлектричеству пиридин?

Изменено 11 Декабря, 2016 в 16:59 пользователем Alonerover

[sun-terra]

Надо экспериментировать, если интересно. Мне тоже, не в восторге, пришлось опыты в подвальном помещении вести, по аналогии. 

Кроме Вас никто опыты ставить не будет. Проверено.

[Хоббит)]

Короче, как я понял по-быстрому, суть процесса - совместить химический аккумулятор с термоэлементом. Выглядеть будет, как обычный акк. , только при зарядке один электрод нагревается, а другой охлаждается - при разрядке градиент температур делается обратным. Это может увеличить КПД аккумуляторов ещё на несколько процентов. Ну, и топливные элементы так же смогут.

Первые эксперименты можно произвести очень дёшево - на советских дисковых аккумуляторах типа Д-0,5 и т.п.. Изучить нужно влияние градиента температуры вдоль оси АКБ на зарядно-разрядную характеристику. Очень простой опыт - ждём результатов.

[aversun]

В одном из учебников физхимии издания 50-60 годов целый параграф был посвящен термогальваническим источникам тока. 

PS Моя цель продвинуть проект для результата не личного, а общественного. Нужны новые идеи обществу для решения экологических, экономических проблем. Для будущего наших детей, как бы не высокопарно это звучало. 

 

http://oldradio.onego.ru/ARTICLES/RADIO/tgk.htm

[Максим0]

 

 

Всем неравнодушным к альтернативной энергетике. Выношу на обсуждение вариант реализации термогальванической ячейки. Подробное описание во вложении.

В одном из учебников физхимии издания 50-60 годов целый параграф был посвящен термогальваническим источникам тока. Приведен один опыт, который был как бы обобщением всех возможностей и вынесен вердикт-КПД термогальванических источников тока < 1%. Потом все подряд перечитывал - того учебника, того параграфа не нашел. Информации в литературе мизер. Тем не менее некоторые работы за рубежом ведутся. Там для повышения КПД развивают контактные поверхности электродов. В моем понимании процессы нагрева и процессы окисления необходимо разводить в пространстве для увеличения КПД. А также уравновешивать тепловой баланс прежде всего окислительного процесса через дозированную теплопередачу.

Два вопроса:

1) Теоретически в окислительно-восстановительных реакциях какая часть химической энергии может перейти в электрическую? В литературе встречаются мнения, что чуть ли не 100%.

2) Думал опыт в гараже ставить, реактивы приобрел. Тут лето закончилось. В квартире с пиридином работать опасаюсь. Кто-то может провести эксперимент в лаборатории?

PS Моя цель продвинуть проект для результата не личного, а общественного. Нужны новые идеи обществу для решения экологических, экономических проблем. Для будущего наших детей, как бы не высокопарно это звучало. Поэтому пока всё бескорыстно. Но если когда-то за труды придет вознаграждение, всякий оказавший реальную помощь будет наравне с другими участниками решать — как его (вознаграждение) поделить по-справедливости.

 

 

Молоток! Вот только несколько советов дам:

0) Современные термоэлектрические модули имеют КПД гораздо больше 1% от цикла Карно.

1) Отличных идей, в том числе намного лучших вашей в этой стране нынче изобилие, но раньше костный партаппарат, а нынче капитализм не позволят им здесь реализоватся.

2) Нынче половина идей на планете проходит следующий маршрут к реализации: Генерация идей на Руси (включая Белую Русь и окраину), оценка в израиле, опытное производство в пиндостане, массовое производство в Китае.

3) Этот маршрут можно спрямить и ускорить через "капиталистический Китай" - Гонконг, и очень сильно выиграть по деньгам (вплоть до процента с продаж). Но кроме идей для этого нужно иметь деловую хватку и знать китайский язык и законы.

4) Путя в технологиях экономии энергии не заинтересован - чем больше будут её потери, тем больше купят нефти, и тем лучше наполнится бюджет.

[ViktorP]

Вы конечно извините за критику, но экологические проблемы решаются социальными путями, воздействием на структуру общества, а не опытами в гаражах. И дело не в корыстности или бескорыстии, это вообще к делу отношения не имеет.

 

1 - КПД термопреобразователей всегда будет низким именно из-за использования тепловой энергии, которая в силу физических законов нашей вселенной склонна к диссипации. Короче - рассеивается тепло. Во все стороны. Даже если вы супер-пупер термоизоляцию придумаете - всё равно основное тепло будет уходить в пустую.

 

2 - А зачем в опытах по термоэлектричеству пиридин?

1. Считаю это общенаучным заблуждением, которое ретранслируется в научной среде достаточно давно. Да, если есть прямой теплообмен между анодом и катодом - естественно будут теплопотери. Если налить стакан кипятка в калориметр - остывать будет несколько часов. А активная окислительно-восстановительная реакция остудит раствор того же объема за несколько минут. При правильных концентрациях физического тепла, аккумулированного раствором хватит на полное протекание реакции окисления металла с анода. Правда до определенной температуры. В полном соответствии с циклом Карно.

2. Много справочников перелистал, только в справочнике Когана-Огордникова нашел, ионная реакция Cu²⁺ + Cu⁰ = 2 Cu⁺ практически равновесна для растворов хлорной меди в пиридине. Равновесие необходимо для температурной обратимости. При высокой температуре равновесие смещается вправо. При низкой - влево.

[Максим0]

1. Считаю это общенаучным заблуждением, которое ретранслируется в научной среде достаточно давно. Да, если есть прямой теплообмен между анодом и катодом - естественно будут теплопотери. Если налить стакан кипятка в калориметр - остывать будет несколько часов. А активная окислительно-восстановительная реакция остудит раствор того же объема за несколько минут. При правильных концентрациях физического тепла, аккумулированного раствором хватит на полное протекание реакции окисления металла с анода. Правда до определенной температуры. В полном соответствии с циклом Карно.

2. Много справочников перелистал, только в справочнике Когана-Огордникова нашел, ионная реакция Cu²⁺ + Cu⁰ = 2 Cu⁺ практически равновесна для растворов хлорной меди в пиридине. Равновесие необходимо для температурной обратимости. При высокой температуре равновесие смещается вправо. При низкой - влево.

В современной физике столько заблуждений... например если взять обычный ИК GaAlAs-светодиод на 850 нм и запитать его током на уровне 0,001 от номинального, то спектр излучения окажется заметно заходящим за энергию дозволенную исходя из напряжения питания. У красных  эффект тоже есть - хоть и послабее.

Получается излучающийся фотон порой прихватывает и тепловую энергию.

Правда полупроводниковые арсениды для лабы слишком круто, а вот переплавить скажем полупроводниковый германий с сохранением свойств вполне реально... только он непрямозонный - и в таком применении разве что на подложку сгодится.

Хорошая задача для хорошей лаборатории - сделать охлаждающийся при работе светодиод. И ведь эффект известен ещё с прошлого века!

Перечень заблуждений можно продолжать долго: отсутствие границ области применимости второго начала термодинамики в современной формулировке, ОТО, закон сохранения импульса в современной формулировке, радиус действия сильного ядерного поля, пространственная изотропия альфа-распада, гравимагнитный момент куперовских пар, и т. д.

Резюмирую: по сравнению с ситуацией век назад в физике созрел более глубокий кризис, и двумя облачками калибра квантовомеханического с релятивизмом уже не обойтись. Чисто математически можно показать что три пространственных измерения и одно временное слишком тесны для выхода из современного кризиса. А открытие нового измерения с его неизбежным последующим техническим освоением по влиянию на умы будет беспрецедентно вне зависимости от того какое оно - пространственное, временное иль вообще нового типа.

Изменено 12 Декабря, 2016 в 14:11 пользователем Максим0

[Хоббит)]

...

Два вопроса:

1) Теоретически в окислительно-восстановительных реакциях какая часть химической энергии может перейти в электрическую? В литературе встречаются мнения, что чуть ли не 100%.

2) Думал опыт в гараже ставить, реактивы приобрел. Тут лето закончилось. В квартире с пиридином работать опасаюсь. Кто-то может провести эксперимент в лаборатории?

...

1 - вы путаете химическую энергию и тепловую ! Химическая может перейти - пример: батарейки, топливные элементы и аккумуляторы... Тепловая энергия переходит в высокоорганизованные формы только с потерями.

Посчитайте, какая энергия вашей окислительно-восстановительной реакции и какая тепловая энергия при указанной разности температур ?

Если во внешней цепи есть перемещение зарядов, то как оно замыкается в цепи вдоль градиента температуры - покажите это графиками массообмена и вычислите вытекающие из этого потоки тепла - т.е. тепловые потери вдоль градиента температуры.

2 - где результаты эксперимента с Д-0,5 ? Или кто за вас будет делать???

[ViktorP]

2 - где результаты эксперимента с Д-0,5 ? Или кто за вас будет делать???

По 2 полностью согласен ... сделаю

 

вы путаете химическую энергию и тепловую ! Химическая может перейти - пример: батарейки, топливные элементы и аккумуляторы... Тепловая энергия переходит в высокоорганизованные формы только с потерями.

 Это я понял экспериментально Если окисление металла анода в горячем растворе - переход в высокоорганизованные формы, то восстановление металла на катоде - чистый переход химической энергии экзотермической реакции. На токи и ЭДС в большей степени влияло обильное внешнее охлаждение катода ледяной водой. И в меньшей степени температура горячего раствора в анодной банке.

 

Посчитайте, какая энергия вашей окислительно-восстановительной реакции и какая тепловая энергия при указанной разности температур ?

Если во внешней цепи есть перемещение зарядов, то как оно замыкается в цепи вдоль градиента температуры - покажите это графиками массообмена и вычислите вытекающие из этого потоки тепла - т.е. тепловые потери вдоль градиента температуры.

В анодной банке концентрацию раствора можно подобрать такой, что все физическое тепло раствора (тепловая энергия 90^оС - 50^оС) перейдет в химическую энергию, при 50^оС наступает химическое равновесие. В катодной банке охлаждением от 50^оС до 20^оС практически полное восстановление металла .  Красивые теоретические выкладки получались для реакции 2Fe³⁺  + Fe⁰ =  3 Fe ²⁺. На практике - гидролиз солей железа. Кислая среда для исключения гидролиза не поможет - разрушает анодную банку. По меди - активность хорошая, но равновесные концентрации не позволяют провести качественный эксперимент. Только общую возможность продемонстрировать. Пока выбор пал на раствор хлорной меди в пиридине. По причине равновесных концентраций.

В современной физике столько заблуждений... например если взять обычный ИК GaAlAs-светодиод на 850 нм и запитать его током на уровне 0,001 от номинального, то спектр излучения окажется заметно заходящим за энергию дозволенную исходя из напряжения питания. У красных  эффект тоже есть - хоть и послабее.

Получается излучающийся фотон порой прихватывает и тепловую энергию.

Видимо возникает туннельный эффект. Который есть следствие неопределенности Гейзенберга. То, что туннельный эффект можно использовать для тепловых насосов - известный факт. На этом принципе, как помню, работает холодильник на элементах Пельтье.  

 

Самый интересный тепловой насос придумала природа. Кто в походы ходил - знает - с первыми лучами солнца возникает туман, температура резко падает (хотя конденсация должна выделять тело) и легко дышится (кислород?). За строгостью формулировок http://www.chemport.ru/forum/viewtopic.php?f=26&t=33301&sid=13674e36c2a7bdfe47be4d9fe2315427 скрывается: Что есть пленка на капле тумана: она образована связями ОH ^- групп. А H⁺ как бы выступают выше этой пленки. Если диаметр капли - ангстремы - получаем две сферы общим зарядом 0 вложенные друг в друга (внешняя n H⁺, внутренняя n OH^-), но возникают Кулоновские силы - радиусы сфер заметно отличаются (школьная физика). Кулоновские силы притягивают дополнительные H⁺ ионизируя попутно пространство (катализатор ионизации - солнечный свет). Реакция эндотермическая (туман охлаждает воздух). Свободные ОН^- теряют электроны превращаясь в O₂ и H₂O. Восхищаюсь этими людьми - есть еще в России таланты, хочется верить что они еще в России...и что они еще есть.