Самодельные топливные и биохимические элементы

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Чтобы поудобнее было жить дрожжам поставил на ночь емкость на батарею отопления, ато холодно им после застывания желе в холодильнике. Это было зря. К 7 часам утра дрожжи сожрали весь сахар и похоже белок из желатина (там оказывается 87 % белка - больше сушеного мяса, но и цена примерно 1 руб за 1 гр). Итого к утру вместо желе получилась жидкая жижа с дрожжами, а ток и напряжение после размыкания цепи около 0. Похоже желейные элементы надо хранить в прохладном месте. В 2012 году если все делать с электроникой - надо было ставить собирающее отсчеты тока устройство на ночь - может когда дрожжи жрали сахар там и ток был существенный.

Ну тыкать иглой в фольгу это долго - надо или искать готовую дырявую фольгу или делать протыкальный инструмент типа метал щетки для штампования дырок группами. Хотя в обычных промышленных гальваноэлементах с кислородными катодами используется что-то углеродное - возможно специально пресованый древесный уголь - чтобы он с одной стороны смачивался электролитом, с другой стороны обдувался воздухом с кислородом и еще это является электродом - туда похоже метал заинтегрирован - возможно метал сетка прессованием. И стоит это порядка куска угля - почти ниче. Так вот из-за пористости там площадь намного выше листа фольги.

Выделение водорода это вообще плохо. Из жижи с микробами должны выходить протоны и радостно сливаться с проионизированым кислородом со стороны катода в молекулу воды. А молекула воды может или испаряться или падать в жижу обратно. Если протоны будут копиться в жиже с микробами - там будут копиться положительный заряд, который будет притягивать электроны и портить генерацию.

Кроме того у буржуев в описании конструкции есть имхо важное замечание - катод металический должен быть тоже изолирован от катионообменной мембраны иначе произойдет "замыкание элемента". Точнее там про изоляцию электродов, но похоже обоих. В чем смысл этого запрета пока плохо понимаю.
В варианте элементов с цианидом железа в катодной камере - цианид вроде как используется или как временный приемник электронов с катода или как транспорт электронов с катода в сторону прибывающих со стороны мембраны протонов если еще ведется продувка кислородом. Тогда цианид отдает электрон кислороду и опять готов принимать электрон с катода. Для реальных полевых элементов конечно надо подобрать какой-то менее ядовитый медиатор электронов в районе катода.
Но в моих прошлых конструкциях воздухообдуваемый катод вроде прямо наматывался на катионообменную мембрану - чтобы покороче было. Может это было плохо.

Поэтому у прямо валяющегося на поверхности жижи катода с дырками тоже могут быть проблемы. Потому что тут нету ни специальной протон-пропускающей мембраны ни хоть какой-то изоляции катода от жижи с микробами. Имхо все будет строиться только на разности расстояния от микроба до анода и до катода. Хотя если использовать пористые аноды (из активированого угля ?), то разность расстояния получается весьма большой для варианта катода, валяющегося на жиже с анодной решеткой.


Пока мысли про электроды из древесного угля (который можно нажечь из нарезаных веток или дров или купить готовый в мешках):

В пластиковый таз насыпать угля на дно и туда же сунуть метал решетку для сбора тока. Примерно на всю глубину таза. Залить жижей из корма и закваски (земли с огорода, жижи из канализации и др). Сверху накрыть честной катионообменной мембраной и дальше еще слой угля с метал сеткой. Для изоляции - мембрану завернуть в газету или вообщем проложить с обоих сторон бумагу. Верхний слой угля - только пропитан водой. Если будет возможность - в жижу добавить медиатора (метиленовый голубой, нейтральный красный, ну или какая-нить деревенская жидкость - соки ягод/фруктов (окрашеные) ?). В катодную воду для смачивания тоже надо бы че-нить добавить хотя бы для ионной проводимости, но малоядовитое для типовых хозбыт микробов. Так что медный купорос имхо мало пригоден. Может пищевой соды ?

Фактически от просто "компостной бочки/кучи" элемент отличается наличием анодной угольной объемной решетки с сеткой для сбора тока и покрытием сверху тоже чем-нить пористым, проводящим и водовпитывающим. Если делать в бочке - то изоляционной, или в яме в грунте. Для начала имхо лучше разделять хоть какой-нить честной промышленой катионообменной мембраной - они в рфии производятся и относительно дешевые вроде порядка сотен руб за кв метр. Технология - на несущую сетку-ткань наваривается (как-то крепится) катионообменная смола. Это самые фиговые, но и самые дешевые мембраны. У меня когда-то была куплена катионообменная мембрана от щекиноазота - http://innov.n-azot.ru/product.php?pos=54&lang=RU. Более приличные делают из пленок фторопласта активированого чем-то для протонной проводимости, но ценник получается намного выше (порядка тысяч уев за кв м)- они для мелких топливных элементов с большой удельной мощностью.

 

Что то крутится в голове, такое чувство, что эту систему я уже где то видел и изучал. Все же мне думается, что кислород из воздуха не очень хочет идти в мембрану, воздух то в наших квартирах не очень подвижный, а молекуле миллиметр пройти- как нам на луну слетать. Надо или обдувать катод, или, используя гибкость мембраны, постоянно вибрировать ее, заставляя воздух снова и снова проходить через нее. Кстати, а как посчитать потенциальную энергию, которую можно приподнять с кило глюкозы, например.

 

Ну энергию - как сгорание глюкозы бо она до того же углекислого газа и воды обычно микробами.
По ответам с гугля - вроде 17.6 МДж с килограмма.

А по электронам - с одной молекулы глюкозы вроде 24 электрона, из них в хорошем случае удается собрать на электрод порядка 70..80%.

Типовой кпд хороших топливных микробных элементов - вроде около 30%. Если напрягаться - можно поднять раза в 2 и больше.

В метал-воздушных батареях с гораздо большей удельной мощщой все обходится без принудительного обдува весьма малых обращеных в атмосферу угольных пористых электродов. Найти бы где это делают и продают электродную массу или самому варить пресс из автодомкрата и стали чтобы прессовать древесный уголь с метал сетками.

Вот тута хватает воздуха проникающего через несколько дырок сверху внутрь полого угольно-воздушного катода. А плотность тока там в дофига раз больше, чем от микробного топливного - имхо порядка единиц ампер на квадратный дециметр видимой площади катода.

Кислороду достаточно дойти до катода и получить там электроны и потом встретить пару протонов из жижи. Или встретить заряженую электронами молекулу транспорта катодной зоны (в варианте с цианожелезом) и пару протонов чтобы сформировать воду.

 

Вообщем хороший промышленный газодиффузионный катод прессуется из смеси активированого угля, сажи и фторопласта. При это активированый уголь катализит, сажа проводит, а фторопласт отталкивает воду чтобы она меньше пропитывала электрод. Бо у пропитаного электролитом электрода падает площадь для доступа кислорода.

Но это хороший - для малогабаритных элементов и под плотности тока порядка 20 А на квадратный дециметр. А для землянки малоимущих имхо для начала сойдет и набросаные в кучу на стальную кладочную сетку обугленные в костре ветки, посыпанные порошком железной ржавчины (см ниже). Ну или долгими зимними вечерами можно обугленные ветки сплетать железной проволокой в ковер и его уже набрасывать на кучи мусора или болота.

И еще согласно https://www.findpatent.ru/patent/223/2236067.html туды полезно добавлять "активатор-катализатор" который по предыдущим схемам является аналогом промежуточного трансфера электронов в катодной области. В качестве активатора рекомендуют гидроокиси разных металлов и главное железа. Т. е. вместо цианида железа вполне подходит гидроокись - которая обычная железная ржавчина и ее можно наковырять где-нить на свалке в кончающейся цивилизации (вроде много на старых стальных теплотрассах). И если сделать катодную решетку из стали - то при ее ржавлении будет добавляться полезная ржавчина.

 

То есть идея использовать металлическую стружку не нова, что и следовало ожидать. Расскажу и я про свой стаканчик, Итак на фото 1 комплектующие- кусок медного провода, алюминиевая фольга, стаканчик пластиковый, 100гр воды, 30 гр сахара, незначительное (менее 1гр) количество детского кала, вафельное полотно, На фото 2 уже сборка- в стакане хаотически спутанные медные волоски, сироп и кал, а также провод с изоляцией, зачищеной только на концах, Сверху мокрое вафельное полотно в 2 слоя и алюминиевая фольга, Все замкнуто как на фото 3, При размыкании напряжение (или эдс) 0,4в, но очень быстро падает до 0,1-0,15в, сила тока 1-2мкА, тоже падает от 2 до 1, По ходу там идет довольно активный, но быстро угасающий при снятии закоротки процесс, Очевидно, бактерий пока мало (прошел час), зато еды много, попробуем смерять перед сном, Последнее фото так- прикол, у меня целый сборник таких, телефон с камерой все же удобно, Андрей, ваши ссылки днем не читал, ибо выходил с телефона, а он у меня простенький, а вот перед сном почитаю, спасибо, буду благодарен, если скинете еще, Кто знает, как буковки увеличить?

 

Стружку это если она халявная, бо на ее надирание с металла надо тратить много энергии. Мне вот сейчас с пола магнитом набрали мелких опилок чтобы попробовать быстро нагенерить ночью ржавчины.
А ржавчина на стальных изделиях она очень мягкая и на ее добычу тратится намного меньше труда. В идеале через несколько десятков лет или порядка сотни после угасания текущей цивилизации полиметалла на месте расположения бывших стальных изделий будут готовые залежи нужной ржавчины . Если знать места - можно рюкзак ржавчины насобирать за часть дня и успеть вернуться к своей землянке даже зимой засветло. А вот спиливать напильником железное изделие на опилки для ржавления это намного труднее . А т. к. ржавчина действует без расходования - ее надо один раз надолго насобирать и накидать в катодный уголь. Там железо будет циклировать между двух и трех валентными состояниями в гидроокиси. Ну и гидроокись железа без дальнейшей коррозии в сырости будет валяться - удобно.

 

Пардон, маленькая корректировка, 0,4В получалось, когда я обеими руками держался за контакт мультиметра, при корректном измерении стабильно порядка 0,1В и 2мкА,

 

Имхо этот источник в согласованом режиме на нагрузку 50 кОм отдаст мощность 50 нВт. Настоящие нанотехнологии.

 

На любом пункте приема чермета набирай просто так сколько хошь, ну, в экспериментальных количествах, конечно, Если надо тонну, а это 2-4куба в зависимости от вида стружки, то можно договорится за 2-4тыс,руб, Можно сделать еще техничнее и просто собирать грязь, которая там как раз наполовину из ржавчины, Короче, это даже не вопрос,

Ничего не понял про нагрузку и сопротивление, но вы оптимист! Я бы сказал 0,05мкВт, А сколько надо, чтобы светодиод зажечь?

 

AndreyNS, раз у нас стабильно получается 0,1в, то может быть собрать батарею 12в? В магазинах упаковки продаются формочки различного типа со множеством одинаковых лунок, Если взять 6шт по 20лунок, то получим генератор на 12В, Насколько я помню, последовательное соединение это когда катод на анод следующего и так по кругу, Нет ли каких либо неразрешимых противоречий, которые могут помешать нам это сделать? Так-то ведь ничего глобального - установка получится размером с автоаккумулятор и примерно такого же веса, только мощностью очень маленькой, и много сахара сожрет, зараза!

 

Электроды должны быть исключительно из одинаковых металлов иначе у вас батарейка получиться.

 

Вроде как максимальная отбираемая от простых источников мощща это 1/4 произведения напряжения холостого хода на ток короткого замыкания.
Для светодиода надо около 3 вольт при хотя бы 1..10 мА. Т. е. хотя бы 3 мВт.

Это зависит от металов - если че-нить платиновой группы, то батареить будет плохо. Радует картинка из жирного советского прошлого - для деревенского модельного топливника в деревянный ящичек поместить две пластины - серебряную и платиновую -

 

Собрал к вечеру макет болота -

Анод - таблетки активированого угля (около 1 пачки 10 шт) зашиты полимерными нитками в конверт из нержав сетки с ячейкой около 0.5 мм. Вывод - просунутый через сетку и загнутый кусок медного провода.
Положен на дно пластиковой емкости.
В емкость насыпано мелко порезаное яблоко, настругано с пары морковок земли и верхнего слоя, щепоть земли из горшка с цветком на кухне, полчайной ложки сахара, плюнуто.
Сверху на сложеной в 3 раза туалетной бумаге катод - примерно 20 таблеток активированого угля средне раскрошены, перемешаны с метал (в основном железными) опилками от резни углошлифмашиной по стали и зашиты в сгиб такой же нержав сетки полимерными нитками. Вывод такой же.
Залито водой холодной из водопровода.
По началу - 0.26 В хх при около 1 мА кз. Поставлено на ночь на батарею отопления чтобы микробы плодились и размножались, выводы замкнуты.

 

Не не! металлы -должны быть одинаковы, если 1 электрод из сетки-нержавейки, то и другой тоже должен быть из нержавейки, мало того, желательно такого-же сплава т. е. - лучше всего та же самая сетка.

тут платиноиды не обязательно применять - главное одинаковый метал электродов, находящихся в электролите

 

Сетки одинаковые - от одной отрезаны. А вот опилки дают различие. И пока ржавеют могут давать паразитный эффект. Че-то вот пока полярность подозрительна - на аноде плюс (внизу), а на катоде минус. Вроде если электроны снизу отдают аноду - он должен заряжаться отрицательно.

Вообще имея в наличии производство кислородных катодов - можно сделать еще метал-воздушный в принципе тоже топливный элемент. Например алюминиевые банки из мусора на электроток переводить. Может завтра попробую с катодом из активированого угля и стружки, или ржавчины получится наковырять из старых ржавых железяк. Еще вроде оксид марганца для активации угольного катода иногда используется - а его можно наковырять из "солевых" батарей.


Щекиноазотовцы прислали комерческое предложение на мембраны - Цена за 1 шт. МК-40 – 3500 руб. (без НДС 18%) или 4130 руб. (с НДС 18%), без транспортных расходов по доставке.
Вообщем цены конкурируют с сонцепанелями, и это самые дешевые (гетерогенные ?) мембраны - в 10 раз дешевле более приличных. Поэтому выстилать такими мембранами большие болота будет дорого - лучше как-нить без этого обойтись. Или переходить на вариант в большим баком для размножения и прокачкой через электродно-мембранный блок с малыми площадями электродов и мембраны и заодно малым расстоянием между электродами для уменьшения внутреннего сопротивления.