Самодельные топливные и биохимические элементы

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Вообще-то в природе существуют книжки с теорией, если почитать, то не исключено, что не нужно будет смешивать всякую дрянь в поисках философского камня.

 

Со 100 гр медного купороса покупного хозбыт получилось примерно 31 гр черного оксида меди. Осаждалось в примерно 4.5 л емкости пластиковой с однократной промежуточной промывкой таким же объемом воды. В принципе за 1..2 суток осаживается до хорошей плотности на дне. Промывная вода и первичный раствор сульфата натрия сверху прозрачны. Потом сливается через край промывная вода и ночь сушится осадок на батарее отопления. На след день светло-зеленый осадок смеси карбоната и гидроксида меди прокаливается на листе стали на газ горелке (бытовая газплита) до полного почернения.

 

О - еще рецептов газодиффузионных катодов и главное где брать под них связующий полимер :

http://chemistry-chemists.com/forum/viewtopic.php?f=7&t=761&start=380

Воздушный катод.
Две металлические пластины 10*10 толщиной примерно 3 мм обертывают алюминиевой фольгой для того чтобы в дальнейшем при нагревании активная масса не прилипла к железу. Берут сетку (из нержавеющей стали для просеивателей) натягивают сантехническую изоленту и накладывают на одну из этих пластин изолентой вниз. Засыпают сетку активной массой которая состоит из трех частей MnO2 (из батареек), трех частей активированного угля и одной части тонера (от лазерного принтера), подравнивают ее до примерно 2 мм. Для увеличения плотности тока к МnO2 добавляется Ag2O либо мелкодисперсное серебро (катализатор). Нагревают обе пластины примерно до 150 градусов чтобы тонер склеил активную массу. Далее накладывают пластины друг на друга и прессуют их (желательно оказать давление до 600кг/см2). Излишки активной массы которая выходит за края сетки убирают и припаивают на одну сторону сетки токоотводящий контакт. Этот воздушный катод со стороны сантехнической изоленты будет поглощать кислород из воздуха но не пропускать электролит через себя, а со стороны активной массы контактировать с 30% процентным раствором гидроксида калия. Края воздушного катода необходимо загерметизировать чтобы не вытекал электролит.
Газодиффузионные электроды (выдержки из патентов):
Цитата:
Газодиффузионный электрод, состоящий из активного слоя толщиной 0,4 мм, содержащий 95 мас. активированного угля и 5 мас. полиэтилена с молекулярной массой 2 106, гидрофобного слоя толщиной 0,8 мм, содержащий 80 мас. технического углерода и 20 мас. полиэтилена с молекулярной массой 2 106, стальную плетенную сетку толщиной 0,4 мм, расположенную посередине гидрофобного слоя, может быть приготовлен следующим способом.
Готовят активный слой. Для этого смешивают 95 г активированного угля и 5 г полиэтилена с указанной молекулярной массой. Затем к смеси добавляют 120 мл индустриального масла и смешение продолжают сначала при комнатной температуре, а затем при 160оС. После этого из полученной смеси при 160оС прессуют лист толщиной 0,4 мм.
Готовят гидрофобный слой. Для этого смешивают 80 г технического углерода и 20 г полиэтилена с указанной молекулярной массой. Затем к смеси добавляют 250 мл индустриального масла и смешение продолжают сначала при комнатной температуре, а затем при 160оС. Из полученной смеси при 160оС прессуют листы толщиной 0,4 мм.
Формуют электрод в целом. Для этого укладывают последовательно активный слой, лист гидрофобного слоя, стальную сетку и лист гидрофобного слоя. Прессуют пакет при 160оС и удельном давлении 5,0 МПа.
Экстрагируют масло из электрода в аппарате Сокслета с помощью четыреххлористого углерода.
Полученный электрод имеет толщину 1,1-1,2 мм, обладает высокой механической прочностью и гибкостью способен многократно подвергаться перегибам без разрушения и расслоения. Суммарная пористость электрода 60 об% Размер пор менее 0,5 мкм.

Оказывается связкой может быть тонер для лазерпринтеров и надо его всего 5% по массе к активированому углю. Купил седня китайский автодомкрат на 10т - буду делать пресс. Если достаточно 5 МПа давления, то можно давить катоды около 20х10 см размером.

Есть конечно вопрос как выгонять остатки масла без имхо вредного для здоровья хлоруглерода. Но может сойдет вариант и с подсолнечным маслом и прожарить в духовке для разложения масла на углерод и др.

 

Склеил первый вариант медноокисного катода -

Порошок окиси меди замешал на разбавленом водой раза в 2..3 клее пва. Потом смесью заполнил прокаленую для обжига лака крышку от консервных банок закатных в которой прошита через пробитые дырки плоская медная спираль из 1.5 квадрата одножильной меди тонкой медной проволокой. Просушил сколько-то суток на батарее.

В древнем рецепте связкой был хлористый магний с магнезией (сульфат магния вроде) - этого нету пока.

Пособирал элемент с алюминием.
На дно пластикового ведра положил подготовленый катод и сверху через прокладку из 1..2 слоя туалетной бумаги анод примерно такой же площади (получилось около 7х8 см) из алюм сплава.

Электролит пока самый подходящий - примерно 50% раствор хлорида натрия активированый примерно несколькими процентами гидрокиси калия (другой активной щелочи тоже пока нету).

Алюминий коечно в таком бодро водородит, но иначе тока почти нет и напряжения.

При первой заливке параметры были вполне радующие - напряжение холостого хода до 1.15в и ток кз около 0.1А. Но потом после нагружения на 9 ом сначала было около 70 миливат, а через полчаса свалилось в район 20..30 миливат на 9 ом.

Пробовал добавлять в электролит карбонат натрия (пищевую соду) - вообще все глохнет. На чистой гидрокиси калия особых преимуществ по мощности тоже нет, а алюминий еще бодрее будет разрушаться безполезно.

Возможно катод таки вредно мешать на клее пва из-за потери пористости. Попробую другие варианты связки - есть мысля про крахмльный клейстер и потом прокалить после высыхания. Ну или буду искать магниевый вариант - вроде магнезия и хлорид магния могут быть в аптечных товарах.

 

Вообщем для попытки активации пористости катода прокалил - все развалилось на порошок.

Магнезия это таки похоже оксид магния вместо сульфата бо при смешивании с хлоридом магния дает магнезиальный цемент. Поеду искать в сельской местности хлорид и оксид магния.

 

Пробовал добывать хлорид магния из типа морской соли - похоже в аптеках продают просто грязный технический хлорид натрия.

Типовой карбонат магния (хозбыт тальк ?) тоже надо уметь правильно обжигать для получения цементно активной окиси магния - по слухам около 700 градусов и долго. На газплите такое тоже сложно.

Пришлось ехать в спб в ленреактив и там брать и окись магния и хлорид магния. Зато там пока самый дешевый сульфат меди - около 200 р за кг или около 154 руб в мешках по 25 кг.

Замешал кило сульфата меди с кальцинированой содой в 12л ведре с водой - осаживаю. Через сутки еще заметно газит и перемешивает осадок. Надо ждать подольше. Но это должно быть около 300 гр окиси меди.
Теорвыход окиси меди с типового 5 водного медного купороса - около 30%. с безводного - вроде около 50%. Но в продаже обычно синий пятиводный кристалогидрат.

Замешал на ночь катод из окиси меди с 1/16 частями окиси магния и 1/16 частями (вес) хлорида магния, сначала сушил в комнате без подогрева неск часов и потом ночь на батарее. Но связка таки пока плоховатая - при заливке элемента электролитом заметная часть окиси меди свалилась на дно и взвесью в раствор. Или надо реально выдерживать хоть несколько суток во влажном виде чтобы магнезиальная часть цемента получше схватилась.

Сейчас элемент из около 8х8 см алюм пластины и катодом из 30 гр окиси меди в крышке для консервирования с составным электролитом из хлорида натрия и гидрокиси калия дает около 0.7 В на нагрузку 4.5 Ома т. е. около 100 миливатт. Без активации какой-нить щелочью алюминий мало че отдает. В типовом медноокисном элементе с цинком электролит вообще раствор щелочи плотностью около 1.2 г на см куб. Хотя щас техническая натриевая щелочь относительно дешевая - около 90 руб кг за кг, а в мешках еще дешевле.

 

Судя по описаниям - из алюминия легко получается водород. В данном случае он бесполезно улетучивается. А если последовать примеру израильских разработчиков, перерабатывать алюминий именно в водород, а топливный элемент кормить этим водородом? Вот только вопрос где взять или как сделать топливный элемент, поедающий водород?...
Вот например читал, что распространенные металлгидридные аккумуляторы - это обратимые топливные элементы фактически. В них при зарядке водород накапливается в виде гидрида металла, а при разрядке расходуется.
Интересно, а можно ли из электродов от такого аккума сделать просто топливный элемент, поедающий водород, подаваемый из внешнего источника?

 

Проблемой всех топливных элементов являются катализаторы из группы платиновых металлов, которые очень дороги. Для небольших токов это ещё подходит, но уже при единицах Ватт в час топливный элемент в быту становится роскошью.

 

Вот уже 150 лет основной проблемой ХИТ является деполяризатор. Для носимых элементов это действительно актуально, а для стационарных не совсем. Дело в том, что КПД такого ХИТ можно поднимать за счёт площадей анода и катода. К примеру, в двухсотлитровой пластиковой бочке можно разместить электроды из листов или фольги цинка, алюминия (пойдёт и молочная фляга на 40 литров), меди (стеклотекстолит) площадью больше 1,5 кв. метров. В 10 % растворе поваренной соли с одной такой фляги можно получить 10 Вт при алюминиевом аноде и 20 Вт при цинковом. Ток можно увеличить в разы, если электролитом и одновременно деполяризатором будет слабый раствор гипохлорита натрия или кальция. Первый можно получать электролизом раствора поваренной соли с запиткой от солнечных батарей, второй из хлорной извести. Но все это дорого и неудобно, как и возиться с оксидом меди или канцерогенными оксидами свинца или хрома. Безусловно, двухтактный бензогенератор на 2 кВт - это двести долларов, а ХИТ, который будет отдавать 100 Вт в час - за эти же деньги - сравнивать нельзя. Но сделать ХИТ для подзарядки АКБ вместо СБ в пасмурные дни реально. Только не забываем, что эти пять бочек должны проветриваться хорошо для оттока водорода, а пузырьки водорода от медных катодов можно отгонять механически деревянной палкой раз в полчаса.

 

Прорыв: ученые открыли сверхмощный источник чистой энергии
Специалисты Лаборатории нанобиологии Политехнической школы Лозанны открыли новую технологию получения «чистой» энергии. Система включает пресную и соленую воду, а также мембрану толщиной в три атома между ними, сообщает Phys.
Мембрана полупроницаемая – она разделяет жидкости, в которых концентрация солей различна. Система стремится прийти в осмотическое равновесие: пока концентрация солей в обеих частях системы не будет одинаковой, ионы будут проходить сквозь мембрану. Электричество вырабатывается за счет движения ионов, которые обладают электрическим зарядом. В эксперименте специалисты использовали мембрану из дисульфида молибдена. Ионы соли стремились пройти через нанопоры, которые в ней имеются, и в этот момент переносились на электрод, а затем использовались для выработки энергии.
https://actu.epfl.ch/news/electricity-generated-with-water-salt-and-a-3-atom/
Вот такое бы спаять!

 

Про концентрационный гальванический элемент известно лет 150. Для получения больших токов нужны площади ионообменной мембраны в несколько квадратных метров. Все экспериментальное на нанотехнология стоит дороже золота. Так что паять невыгодно.