Baterie aluminiowo-miedziane: domowa konstrukcja, napięcie 1,5 V, użyte materiały i elektrolit

Ostatnio zainteresowały mnie nowości na rynku akumulatorów i baterii. Na anglojęzycznych stronach jest wiele opisów testów i nowych konstrukcji baterii.
Zwróciłem uwagę na baterie aluminiowo - miedzianą. Jest prosta w konstrukcji, a materiały można znaleźć w każdym domu.
Wykonałem taką baterię i jedno ogniwo daje ona napięcie 1,5 V.
Konstrukcja:
Aluminium (fomatka 10 x 4 cm) - pręt miedziany (fi 6 x 13 cm) - aluminium (formatka 10 x 4 cm). Przekładki pomiędzy katodą i anodami wykonane z kratki malarskiej. Elektrolit to wodny roztwór płynu czyszczącego (Domestos lub inny z podchlorynem sodu) i wody.

atrix55 napisał:

Wykonałem taką baterię i jedno daje ona napięcie 1,5 V.

Jaki prąd możesz uzyskać?
Kilka lat temu ogłosiłem konkurs na wykonanie w domowych warunkach ''suchej baterii", która po zalaniu wodą kranówką, byłaby w stanie zasilić diodę LED przez kilka minut. Nikt nie zgłosił pomysłu.

vodiczka napisał:

Jaki prąd możesz uzyskać?
Kilka lat temu ogłosiłem konkurs na wykonanie w domowych warunkach ''suchej baterii", która po zalaniu wodą kranówką, byłaby w stanie zasilić diodę LED przez kilka minut. Nikt nie zgłosił pomysłu.

LED świeci jakieś już 3 godziny. Jaki prąd można z niej uzyskać to dopiero następne kroki. Muszę pomierzyć to i owo. Piszą że jest to ogniwo dość obiecujące jeżeli chodzi o parametry.
Zmieniłem nieco konstrukcję, bo ogniwo dostało dwie anody. I powiem, że jest lepiej aniżeli z jedną okładziną. Katoda jest prętowa. Pręt lepiej ponoć pracuje. Podobnie jak robi się w akumulatorach głębokiego rozładowania. Gdzie płyta dodatnia składa się z prętów.
Jest ciekawa sprawa - jak zewrę na chwilę bieguny i rozłączę to podskakuje napięcie ogniwa w górę.
Ten typ baterii nie można ładować. Robiłem próbę z ładowaniem. Po chwilowym ładowaniu napięcie spada o ponad połowę do około 0,7 V.
Pakiet takich ogniw z powodzeniem może robić jako sucha bateria. Zalewamy roztworem wodnym i zaczyna działać.

atrix55 napisał:

Jest ciekawa sprawa - jak zewrę na chwilę bieguny i rozłączę to podskakuje napięcie ogniwa w górę.

Gdy zwierasz ogniwo to się rozgrzewa a SEM ogniwa zależy od temperatury elektrolitu.
Jeżeli teraz możesz to zewrzyj powtórnie miernikiem i podaj prąd zwarcia.

vodiczka napisał:

Jeżeli teraz możesz to zewrzyj powtórnie miernikiem i podaj prąd zwarcia.

Zrobiłem 3 ogniwa.
Napięcia ustabilizowały się na 1,3V
1 - zalane elektrolitem około 0,5 godziny temu. Napięcie 1,3 V. Na zwarciu pokazuje 100 mA i spada. To ogniwo było nie używane, nie zwierane.
2 - zalane jakieś 5 godzin temu. Obciążane diodą LED przez około 3 godziny. Napięcie 1,3 V. Na zwarciu pokazuje 60 mA i spada.
3 - zalane jakieś 5 godzin temu. Obciążane diodą LED przez około 3 godziny. Napięcie 1,3 V. Na zwarciu pokazuje 50 mA i spada.
2 i 3 ogniwo było obciążane, zwierane, wyjmowane i wkładane do elektrolitu.

Jeżeli dobrze oceniam spadek prądu zwarcia w miarę upływu czasu pracy ogniwa to jego pojemność wystarczy na 6-8 godzin świecenia diody.
100mA w przypadku nowego ogniwa to niewiele. Nowa bateria guzikowa AG 13 /LR44/ ma prąd zwarcia ok 300mA.

vodiczka napisał:

Jeżeli dobrze oceniam spadek prądu zwarcia w miarę upływu czasu pracy ogniwa to jego pojemność wystarczy na 6-8 godzin świecenia diody.
100mA w przypadku nowego ogniwa to niewiele. Nowa bateria guzikowa AG 13 /LR44/ ma prąd zwarcia ok 300mA.

Wszystko jest w fazie rozwojowej. Można zmienić elektrolit na wodny roztwór chlorku sodu ( sól kuchenna ) i wtedy można ładować taką baterię.

Ogniwa zalewowe kiedyś były bardzo popularne w marynarce wojennej. Większość ludzi nie spotykała się z nimi w codziennym życiu.
Teraz nawet Google nie wie że takie coś było a nie wykluczone że jeszcze jest stosowane.
Wystrzelonej torpedzie nie jest potrzebna długa praca ogniw i ich powtórne ładowanie.

Skojarzyłem właśnie, kiedyś zrobiłem akumulator miedziowo - ołowiowy.
Katoda wykonana z pręcików grafitowych.
Elektrolit to mieszanina kwasu siarkowego i siarczanu miedzi.
Anoda ołowiana.
Podczas ładowania na graficie osadza się miedź a ołów utlenia się do PbO₂.
Podczas rozładowania miedź rozpuszcza się a anoda redukuje się.
Napięcie ok. 1,5 V, niespecjalnie duże, ale za to prąd rozładowania bardzo duży. Ogniwo można było bez szkody ładować i rozładować w czasie 15 min.
Zapewne wyparłyby tradycyjne akumulatory kwasowo - ołowiowe, niestety ten układ przerywa pracę w niskich temperaturach.
Ja miałem zamiar zbudować sobie zgrzewarkę w oparciu o takie ogniwo. Nie zrealizowałem tego pomysłu, już nie pamiętam czemu, skończyło się tylko na testowaniu ogniwa.

W jakiejś starej książeczce o galwanotechnice autorstwa najprawdopodobniej p. Sękowskiego był opis ogniwa opartego o tlenek miedzi. O ile pamiętam to w zwarciu miało dawać do 20 A. Pewnie gdzieś ta książeczka leży bo takiej literatury nie wyrzucam.

Jako 12-13 latek robiłem aluminiowo-miedziane w postaci monet aluminiowych i wyciętych krążków miedzianych. Eksperymentowałem z roztworem soli kuchennej i z kwaskiem cytrynowym. Niestety nie dysponowałem multimetrem i ogniwa służyły do zasilania "telefonu". Pamiętam, że kwasek cytrynowy dawał lepsze wyniki, ale niszczył szybko metal.

Jogesh napisał:

Pamiętam, że kasek cytrynowy dawał lepsze wyniki, ale niszczył szybko metal.

Nie niszczył metalu tylko zmieniał jego postać. Metal przechodził do roztworu w postaci jonowej i dzięki temu można uzyskać energię.
Tak pracują prawie wszystkie ogniwa pierwotne (jednorazowego użytku).
Piszę "prawie" ponieważ układów elektrochemicznych przebadanych jest setki tysięcy, a możliwych do zbudowania i zbadania to kosmiczna liczba.

Staszek_Staszek napisał:

Ogniwa zalewowe kiedyś były bardzo popularne w marynarce wojennej. Większość ludzi nie spotykała się z nimi w codziennym życiu.
Teraz nawet Google nie wie że takie coś było a nie wykluczone że jeszcze jest stosowane.
Wystrzelonej torpedzie nie jest potrzebna długa praca ogniw i ich powtórne ładowanie.

Skojarzyłem właśnie, kiedyś zrobiłem akumulator miedziowo - ołowiowy.
Katoda wykonana z pręcików grafitowych.
Elektrolit to mieszanina kwasu siarkowego i siarczanu miedzi.
Anoda ołowiana.
Podczas ładowania na graficie osadza się miedź a ołów utlenia się do PbO₂.
Podczas rozładowania miedź rozpuszcza się a anoda redukuje się.
Napięcie ok. 1,5 V, niespecjalnie duże, ale za to prąd rozładowania bardzo duży. Ogniwo można było bez szkody ładować i rozładować w czasie 15 min.
Zapewne wyparłyby tradycyjne akumulatory kwasowo - ołowiowe, niestety ten układ przerywa pracę w niskich temperaturach.
Ja miałem zamiar zbudować sobie zgrzewarkę w oparciu o takie ogniwo. Nie zrealizowałem tego pomysłu, już nie pamiętam czemu, skończyło się tylko na testowaniu ogniwa.

Znam ten typ akumulatora. Ma wadę że katoda szybko się rozpuszcza w trakcie pracy i ładowania.
Zaraz po wojnie produkowano akumulatory do zasilania radioodbiorników. Pamiętam że u dziadków było tego kilka sztuk. W latach Pod koniec lat 60 zawitała elektryczność i akumulatorki poszły na śmiecie.
Rozbieraliśmy je na czynniki pierwsze. Głównym elementem był pręt węglowy ( może grafitowy ). Na niego były nakładane kwadratowe kostki z otworem w środku, też jakieś węglopodobne. Ich krawędzie były w białym plastyku. Te miały być bateriami. Jak opowiadał dziadek były też baterie ładowane. Zawoziło się do sklepu i wymieniało na naładowany akumulator.
Większość tzw nowych konstrukcji to tak naprawdę stare zapomniane konstrukcje.

atrix55 napisał:

Zawoziło się do sklepu i wymieniało na naładowany akumulator.

Tak powinno się nadal robić być z wieloma rzeczami.

atrix55 napisał:

Ma wadę że katoda szybko się rozpuszcza w trakcie pracy i ładowania.

Chyba grafitowe doprowadzenie prądu. Miedź osadza się na graficie jako lity metal a podczas rozładowania rozpuszcza się.
Sama miedź w takim układzie jest wieczna, za każdym cyklem ładowania jak nowo narodzona.
Grafit jednak stopniowo rozpuszcza się w kwasie siarkowym.
Pracują nad tym:

Cytat:

Właściwości elektrod akumulatora kwasowo-ołowiowego wytworzonych na bazie usieciowanego węgla szklistego

https://depotuw.ceon.pl/handle/item/135?locale-attribute=en
Swoją drogą ciekawe jak długo stare poczciwe akumulatory kwasowo - ołowiowe będą w powszechnym użyciu.

atrix55 napisał:

Wszystko jest w fazie rozwojowej. Można zmienić elektrolit na wodny roztwór chlorku sodu ( sól kuchenna ) i wtedy można ładować taką baterię.

Jakim cudem? Aluminium roztwarzać się będzie w tych warunkach nieodwracalnie.

Kiedyś zrobiłem prostownik z kawałka aluminium i puszki stalowej wg. pomysłu p. Sękowskiego. Elektrolitem był roztwór sody oczyszczonej. Działało to w ten sposób, że na powierzchni aluminium powstawała warstewka tlenku, która przewodziła tylko w jedną stronę.

AlekZ napisał:

Jakim cudem? Aluminium roztwarzać się będzie w tych warunkach nieodwracalnie.

Jakby zrobić wysokotemperaturowe z elektrolitem na solach stopionych to mogłoby być odwracalne, czyli ładowalne.
Oczywiście są też "jaskółki" jak np. :

Cytat:

...Australijska firma Graphene Manufacturing Group twierdzi, że stworzyła ogniwa bazujące na grafenie i glinie (pierwiastku). Ponoć „ładują się one 60 razy szybciej niż najlepsze ogniwa litowo-jonowe” oraz „są w stanie przechować trzy razy więcej energii niż inne ogniwa Al-ion”...

https://elektrowoz.pl/magazyny-energii/nasze-...onowe-laduja-sie-60x-szybciej-niz-li-ion-oho/
Moim zdaniem następna obiecanka cacanka aby wyciągnąć kasę od inwestorów, ale kiedyś zapewne ktoś coś nowego wdroży.
Liczba możliwych układów elektrochemicznych jest astronomiczna.

AlekZ napisał:

Jakim cudem? Aluminium roztwarzać się będzie w tych warunkach nieodwracalnie.

Przeczytaj - https://www.instructables.com/DIY-Rechargeable-D-Cell-Battery-From-Aluminum-Foil/

atrix55 napisał:

AlekZ napisał:

Jakim cudem? Aluminium roztwarzać się będzie w tych warunkach nieodwracalnie.

Przeczytaj - https://www.instructables.com/DIY-Rechargeable-D-Cell-Battery-From-Aluminum-Foil/

To tylko taka ciekawostka. Ogniwo będzie działać tylko do czasu wyczerpania się metalicznego glinu.

To że ktoś coś napisał drukowanymi literami nie oznacza że jest to prawda.
Jak napisałem

Cytat:

Liczba możliwych układów elektrochemicznych jest astronomiczna.

....
ale trzeba spełnić wiele warunków.
1. Ilość cykli ładowania - rozładowania. Mile widziane w tysiącach.
2. Zakres temperatury w jakich ogniwo jeszcze działa. Mile widziane od -30 do + 60
3. Toksyczność użytych materiałów, mile widziane nie toksyczne.
4. Zgromadzona energia właściwa, objętościowa i wagowa.
5. Moc właściwa, j.w. (zależy od oporu wewnętrznego).
6. Koszt wytworzenia.
7. Dostępność surowców.
Okazuje się że trudno spełnić w.w. warunki i poczciwy 170 letni "dziadek" - akumulator kwasowo-ołowiowy nadal jest produkowany.

Przeczytałem. I nadal twierdzę, że reakcja roztwarzania aluminium w roztworze wodnym jest nieodwracalna, tj. po przyłożeniu napięcia nie wydzieli się z powrotem metaliczne aluminium. Takie coś jest możliwe przy elektrolizie stopionej soli, jak zresztą wspomniał już ktoś w toczącej się dyskusji.

Tylko bardzo mała liczba reakcji redox nadaje się do praktycznego wykorzystania.
Jak słusznie wspomniał przedmówca, musi być spełnione szereg warunków, aby dana reakcja redox mogła być wykorzystana do odwracalnego elektrochemicznego źródła prądu czy jak kto woli- akumulatora. Wystarczy, np. że podczas ładowania tworzący się produkt będzie np. tworzył dendryty ( i w efekcie po niewielu cyklach ładowania zwarcie wewnętrzne), aby pomimo zachęcających innych parametrów reakcja była bezużyteczna.

Dawno temu jak się jeździło na Wolumen to wskaźniki wychyłowe można było sprawdzić zaimprowizowanym na miejscu ogniwem- moneta aluminiowa, moneta "żółta" i pośliniony kawałek papieru. Napięcie takiego zestawu było ok. 0,5 V i jakieś ułamki mA ale to wystarczało aby wskazówka się wychyliła.
Obecnie są dostępne akumulatorki Ni-Zn o napięciu 1,6V a kanadyjsku start-up opracował i wdraża b. obiecującą technologię cynkowo-jonową.

Staszek_Staszek napisał:

Ogniwo będzie działać tylko do czasu wyczerpania się metalicznego glinu.

Dokładnie.

Można by powiedzieć że jest to akumulator paliwowy.

AlekZ napisał:

I nadal twierdzę, że reakcja roztwarzania aluminium w roztworze wodnym jest nieodwracalna, tj. po przyłożeniu napięcia nie wydzieli się z powrotem metaliczne aluminium.

Sam się zastanawiałem i myślę że akumulator paliwowo - powietrzny a takim jest układ Alu - Cu, przy ładowaniu zachowuje się jak kondensator. W necie spotkałem się też z nazwą tego akumulatora jako - super kondensator.

Faktycznie to się daje ładować. Zamieniając biegunowość ładowarki ( minus do miedzi, a plus do alu ) też się ładuje.

Witam,
nie czytalem wszystkich uwag, przepraszam jezeli juz ktos to zauwazyl.
Autorze, chyba cos zle zbudowales jezeli w stanie jalowym masz 1.5V, ogniwo Cu/Cu+2||Al+3/Al powinno dawac (+0,34)-(-1,66)= 2.0V. Pierwszy blad to elektrolit, nie ma w nim wspolnego jonu. Dobrany jest chyba dosc przypadkowo.
Masz skomplikowane ogniwo nieodwracalne, nadchlorany "skasuja" powierzchnie Al, czyli utlenia ja do tlenku a czesc Al przedzie do roztworu, czyli zamienisz to ogniwo w Cu||Al2O3. Chyba ze taki byl cel.
Pozdrawiam

Aby sprawdzić żywotność ogniwa trzeba wykonać np. 1000 cykli ładowanie- rozładowanie. Takie badanie może potrwać 3 lata.
Czyta się niemal codziennie o start-up-ach co to niby już w przyszłym roku chcą produkcję uruchomić. Media to lubią powielać ponieważ temat energii jest teraz na topie.
Prawda jest taka że nawet jak coś się uda to nie koniecznie da się zastąpić ogniwa starszego typu.
Przykładowo w temperaturze -25 °C litowo jonowe już nie pracują a staruszek kwasowo-ołowiowy w wersji "syberyjskiej" jeszcze pracuje.

viayner napisał:

Autorze, chyba cos zle zbudowales jezeli w stanie jalowym masz 1.5V, ogniwo Cu/Cu+2||Al+3/Al powinno dawac (+0,34)-(-1,66)= 2.0V. Pierwszy blad to elektrolit, nie ma w nim wspolnego jonu. Dobrany jest chyba dosc przypadkowo.
Masz skomplikowane ogniwo nieodwracalne, nadchlorany "skasuja" powierzchnie Al, czyli utlenia ja do tlenku a czesc Al przedzie do roztworu, czyli zamienisz to ogniwo w Cu||Al2O3. Chyba ze taki byl cel.

Elektrolit jest tym co było pod ręką do zastosowania. Czyli dobór przypadkowy.
Robiłem próbę z fosforanem trójsodowym. Reakcja jest sporo wolniejsza. Napięcie około 1,V. Parę lat temu używałem fosforanu do polerowania aluminium galwanicznie. A że zostało mi ciut, to trzeba było spróbować jak się zachowuje jako elektrolit.
Chętnie poznam więcej uwag kolegi.

Witam,
jezeli chcesz w celach poznawczych zaleznie od tego czy to ma byc ogniwo odwracalne czy nie, zastosuj sole glinu jako elektrolit (siarczan glinu jest OK) lub jakis kwas najlepiej rozcienczony nieorganiczny tu tez siarkowy nie bedzie zly.
Fosforany i kwas fosforowy nie jest dobrym wyborem jako ze te sole sa zle rozpuszczalne i zablokuja elektrode, zmieniajac cala charakterystyke ogniwa.
Glin jest amfoterem wiec ciekawe beda elektrolity zasadowe, rozcienczone zasady nieorganiczne.
Pamietaj ze w ukladzie elektrody beda sie rozpuszczac, w ukladzie odwracalnym mozesz je regenerowac ladujac ogniwo.
Zycze milego testowania
Pozdrawiam

viayner napisał:

Glin jest amfoterem wiec ciekawe beda elektrolity zasadowe, rozcienczone zasady nieorganiczne.

Doświadczeń ciąg dalszy:
Wodorotlenek sodu ( soda kaustyczna ) jest zasadą. Pożyczyłem od żony kreta w żelu i zwykłego w granulkach i do dzieła . Zwykły elektrolit z kreta w granulkach daje w układzie AL - Cu napięcie około 1,3 - 1,4 V. Bardzo szybka reakcja i sporo piany i sporo wydzielonego chloru.
Elektrolit z kreta w żelu ( inny skład chemiczny ) jest ciut inny. Mniej piany, mniej wydzielającego się chloru i napięcie układu około 1,4 - 1,5 V.
Zagłębiłem się nieco w informacje na temat akumulatorów aluminiowych. Dodaje się do elektrolitu różne dodatki - antyspieniające, uzdatniające itd. Jednym z dodatków jest płyn do chłodnic, alkohol itd. Zrobiłem elektrolit z kreta w żelu + denaturat biały ( bez wody )
I co się okazuje: pienienie nie występuje, wyraźnie wolniejsza reakcja z aluminium. Elektrolit idealnie czysty i najważniejsza kwestia napięcia układu Al- Cu to 1,5 - 1,6 V. A układzie Cu - szczotka rozrusznika to prawie 1,9 V. Szczotka rozrusznika to sprasowana mieszanka miedzi i węgla.

Doprawdy chloru? A może jednak wodoru?

AlekZ napisał:

Doprawdy chloru? A może jednak wodoru?

Masz opary chloru. Bo w składzie krecika jest podchloryn sodu. Ten w żelu ma jeszcze w składzie tlenek N dimentylotertra coś tam.
Wodór jest bezzapachowy.

Przypuszczam, że jednak wydzielał się głównie wodór- głównym składnikiem kretów jest jednak wodorotlenek sodu. Jeśli jest dodatek podchlorynu, to chlor wydzielał się tam w ilościach śladowych. W przeciwnym razie raczej wylądowałbyś albo w szpitalu albo porządnie kaszlał przy tym ogniwie.

AlekZ napisał:

Przypuszczam, że jednak wydzielał się głównie wodór

Wodór wodorem a chlor chlorem.

AlekZ napisał:

W przeciwnym razie raczej wylądowałbyś albo w szpitalu albo porządnie kaszlał przy tym ogniwie.

Nie przesadzaj. Chyba nie znasz starych środków do dezynfekcji. Gdzie chlorem waliło przez pół dnia.
Używasz soli kuchennej? A jakie ilości chloru ma sól kuchenna?
Nikt nosa nie będzie trzymał przy wydzielającym się chlorze czy innych gazach z doświadczalnego ogniwa.