Milestone Zink-Luft Batterie

Ein Brennstoffzellen-ähnliches System zur langfristigen Energiespeicherung / A semi-fuelcell system for energy storage
Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Milestone Zink-Luft Batterie

Beitrag von shure » So 26. Aug 2012, 15:23

Aber die interessante Frage ist jetzt, woran es liegt das die Leistung runtergeht. Theoretisch stecken ja in 1g Zink rund 1,3 Wh leistung, macht bei ca. 6g Zink und ausgehend von 1.2V Spannung mindestens 6500 mAh die da insgesamt drinstecken. Warum also ist schon nach einem Zehntel davon Schluss ?
Unter anderem wegen der schlechten Leistungsanpassung bei der hohen Quellimpedanz, Selbstentladung, zu geringer Kontaktfläche usw.

Mach das nächste mal zum Vergleich drei oder mehr ganz gleiche Zellen und beobachte sie. Eine lässt du ganz ohne Last, das ist dann der interne Leckstrom, Selbstentladung. Die anderen beiden mit z.B. 0.1C und 1C entladen.

Auch wenn die Messwerte eher so Pi mal Daumen sind, 650mAh aus so einer diy-Zelle find ich voll cool, hätte ich nicht gedacht!

Ich würde als nächstes versuchen den Innenwiderstand zu verbessern.
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
case
Beiträge: 741
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

Re: Milestone Zink-Luft Batterie

Beitrag von case » Mo 27. Aug 2012, 14:45

Hi Alex,
shure hat geschrieben: Unter anderem wegen der schlechten Leistungsanpassung bei der hohen Quellimpedanz, Selbstentladung, zu geringer Kontaktfläche usw.
Die Selbstentladung kann theoretisch unterbunden werden, wenn man die Sauerstoffzufuhr unterbricht, allerdings bezogen auf die Batterie im ungenutzten Zustand. Es gibt aber auch noch andere Faktoren, z.B. die Aufnahme von Luft-CO2 durch die KOH-Lösung und Bildung von Kaliumcarbonat, aber ich glaube das ist eher ein langfristiger Aspekt.

Die Kontaktfläche ist ein interessanter Punkt, am wichtigsten ist hier der Oberflächen-Anteil der Kathode, welcher die 3-Phasen-Zone ausmacht, hier ist wahrscheinlich auch das höchste Optimierungspotential. Aber auch die Kontaktoberfläche der Zink-Partikel dürfte eine wichtige Rolle spielen. Das das Zinkpulver mit der Zeit zu einem festen und kompakten Klumpen wird veringert die Oberfläche deutlich. Hier kommt vermutlich bei der Brennstoffzellenvariante als Vorteil zum tragen, dass die Zinkpartikel ständig mit Elektrolyt umspült werden um das Zinkoxid wegzuspülen. Bei der Batterieversion kann man wohl icht viel machen, ausser vielleicht die Zinkmenge verringern bzw. optimal an die aktive Oberfläche der Kathode anzupassen, also quasi eher dünn und flach machen.

Hmm, andererseits ist das bei kommerziellen Batterien nicht der Fall. Ich hab mal eine aufgemacht und dort scheint das Zinkpulver in eine Gelmasse eingebettet zu sein bzw. der Elektrolyt ist leicht geliert. Vielleicht verhindert das Gel auch ein Zusammenbacken der Partikel. Ich hab schon mal überlegt was man als Gel nehmen könnte, ev. käme Methylzellulose infrage, ich weiss nur nicht, inwieiweit sich das auf die Leitfähigkeitseigenschaften auswirkt. Vielleicht ists das beste, das einfach mal auszuprobieren, oder kennt jemand zufällig eine leitfähige Gelmasse ?

Mach das nächste mal zum Vergleich drei oder mehr ganz gleiche Zellen und beobachte sie. Eine lässt du ganz ohne Last, das ist dann der interne Leckstrom, Selbstentladung. Die anderen beiden mit z.B. 0.1C und 1C entladen.
Was meinst Du mit 0.1C ? Coulomb ? Oder einen Kondensator mit 0,1 F ?
Auch wenn die Messwerte eher so Pi mal Daumen sind, 650mAh aus so einer diy-Zelle find ich voll cool, hätte ich nicht gedacht!
Und theoretisch kanns wieder mit frischem Zink beladen werden und das alte Zinkoxid recycelt werden. Ich muss allerdings dabei sagen, dass ich jetzt schon wiederholt beobachtet habe, dass der Plastikring, also das Reaktionsgefäss hinterher Bruchstellen aufwie also quasi von innen gesprengt wurde (was allerdings denlaufenden Betriebnicht weiter gestört hat ;)).

Das liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit daran, dass das Zinkoxid mehr Raum einnimmt als das das reine Zink, ich hab auchverschiedentlich gelesen, dass man dem Zink entsprechende Ausdehnungsmöglichkeiten einräumen sollte. Vielleicht ist das auch mit ein Grund für die Verklumpung.
Ich würde als nächstes versuchen den Innenwiderstand zu verbessern.
Tjää, der Silberdraht den ich beim letztenmal als Kollektor verwendet habe, ist natürlich optimal. Ich habe jetzt aber ein sehr feines Drahtgittergewebe bestellt, Maschenweite 0.2mm, das allerdings aus Stahl besteht. Der dürfte der KOH-Lauge gegenüber wohl korrosionsfest sein, leitet allerdings auch etwas schlechter als Silber. Ich weiss aber keine Quelle für ein so feines Gitter aus Silber und vermutlich wärs auch eine Kostenfrage. Spätestens bei der Brennstoffzelle braucht man da schon größere Mengen bzw. Flächen. In kommerziellen GDLs wird übrigens oft Nickel oder Platin als Kollektor verwendet, aber auch dafür weiss ich keine Quellen. Wieauchimmer, ich hoffe mal, das der Materialeffeket dadurch kompensiert wird, das das neue Gitter aufgrund seiner wesentlich feineren Struktur als die Silberdrahtspirale, wesentlich mehr Kontaktfläche mit der Carbonschicht aufweist und somit den Strombesser fortleiten kann.

Übrigens gibts, was das Experiment mit den drei Zellen betrifft noch das generelle Problem das Material exakt abzuwieden, wie schon erwähnt. Die Ergebnisse wären also weiterhin Pi mal Daumen. Da muss ich mir noch einen Trick einfallen lassen, vielleicht eine einfache Balken-Waage selbst bauen mit einer Vergleichsmasse, d.h., wo man zwar nicht weiss, wieviel Milligram das jetzt genau sind, aber womit zumindest sichergstellt wird, dass alle Zellen genau die gleiche Menge abbekommen.

Gruss, Oliver
--- Man wächst nur, indem man etwas zuende bringt und etwas anderes beginnt ---

Mein Blog: http://makeable.de
OpenEcoLab-Charta: http://openecolab.de

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Milestone Zink-Luft Batterie

Beitrag von shure » Di 28. Aug 2012, 00:31

Die Oberfläche von der Elektrode macht natürlich viel mehr aus als der spezifische Widerstand vom Material! Sieht man ja auch rechnerisch, die Spannugn bricht so weit ein, dass man weit weit davon entfernt ist, die Leistung im Elektrodenmaterial zu verheizen :)
Ganz feinmaschig und evtl mehrlagig ist 'ne gute Idee :)
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
case
Beiträge: 741
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

feines Gittergewebe angekommen

Beitrag von case » Sa 8. Sep 2012, 00:36

Hi,

aufgrund eines kaputten Internet-Routers war ich ne Woche offline.

@Alex: danke, das macht mir gute Hoffnung ;) Aber nochmal die Frage: Was meinst Du mit 0.1C ? Welche Einheit ist C ?

Inzwischen ist auch das feinmaschige Gitternetz angekommen. Ich werde versuchen damit eine "waschechte" Kathode zu bauen.

Erster Ansatz sieht so aus:

Zermahlenes Aktivkohlepulver feinste Siebung mit Zermahlenes Aktivkohlepulver feinste Siebung PTFE hydrophobiert gemischt 1:1 .

Das ganze versuche ich auf dem Gitter zusammenzupressen so dass eine dünne Schicht, ca. 1mm oder 2 mm entsteht. Und dann mal sehen was passiert ;)

Mein größtes Problem ist im Moment der mechanische Zusammenhalt der Schicht. Ich hoffe die Pressung wird einiges bewirken, kann aber auch nicht ganz ausschliessen, das bei mechanischer Biegung des Gitters die ganze Geschichte aufbricht. Mal schauen. Vielleicht hilfts, wenn man das Ganze nach dem Pressen noch irgendwie erhitzt, so dass die PTFE-Partikel als Bindemittel fungieren könnten.

Wenn das nicht funktioniert werde ich folgendes versuchen:

Aktivkohlepulver mit flüssigem PTFE (Spray, enthält PTFE-Partikel plus irgendein nach Nitro stinkendes Bindemittel) vermischen = zähflüssiger Brei. Dann mit gleicher Menge frischem Aktivkohlepulver vermischen ==> Brei wird trockener,aber auch brüchiger. Das Ganze mit Gitter verpressen. Ev. noch erhitzen.

Mein Problem besteht also hauptsächlich darin, das mir noch ein Bindemittel fehlt. In der Literatur wird dazu oft PTFE angegeben, darum hege ich eine gewisse Hoffnung, dass der obige Ansatz irgendwie funktioniert. Falls ja, dann kann man von da aus weitergehen indem man das Mischungsverhältniss zwischen frischem und PTFE-dotiertem Aktivkohlepulver variiert.

Fallsnein, dann gibts zwei Möglichkeiten: Entweder die ganze Sache irgendwie mechanisch zusammenhalten (z.B. zwischen zwei Plexiglasplatten) oder versuchen. diverse Bindemittel auszuprobieren, wie z.B. Methylzellulose (Tapetenkleister) . Bindet zwar gut, aber soll laut Literaturangaben nicht sonderlich wirkungsvoll sein bzw. die Stromflußmenge eher verkleinern. Vielleicht würde auch hier anschliessendes erhitzen helfen (= Carbonisierung).

Sehr schön wäre: ein Bindemittel, welches auch gleichzeitig ein guter Stromleiter ist. Vielleicht käme hier so ein Leiterbahnen-Spezialkleister in Betracht, das ist, soweit ich weiss, Epoxy, mit einer großen Menge Silberpartikel. Silber ist eh ein gutes Katalysatormaterial. Wer noch einanderes leitendes Bindemittel kennt, immer raus damit, bin für Vorschläge offen.

Naja, wieauchimmer, Ihr seht was mich momentan bewegt.

Gruss, Oliver
--- Man wächst nur, indem man etwas zuende bringt und etwas anderes beginnt ---

Mein Blog: http://makeable.de
OpenEcoLab-Charta: http://openecolab.de

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: feines Gittergewebe angekommen

Beitrag von shure » Sa 8. Sep 2012, 09:03

case hat geschrieben: @Alex: danke, das macht mir gute Hoffnung ;) Aber nochmal die Frage: Was meinst Du mit 0.1C ? Welche Einheit ist C ?
Achso.. 1C ist der so hohe Entladestrom, dass die Batterie innerhalb von einer Stunde leer ist, mehr dazu auf Wikipedia denk ich.
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
case
Beiträge: 741
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

Re: feines Gittergewebe angekommen

Beitrag von case » Sa 8. Sep 2012, 14:00

Ah, ok. Danke.

Bei Wikipedia hab ich nichts dazu gefunden, aber hier ists ganz gut erklärt:

http://batteryuniversity.com/partone-16-german.htm
--- Man wächst nur, indem man etwas zuende bringt und etwas anderes beginnt ---

Mein Blog: http://makeable.de
OpenEcoLab-Charta: http://openecolab.de

nikolayhg
Beiträge: 841
Registriert: So 17. Jun 2012, 20:29
Wohnort: Berlin, Germany
Kontaktdaten:

Re: Milestone Zink-Luft Batterie

Beitrag von nikolayhg » So 9. Sep 2012, 09:44

Hi Oliver, kannst Du bitte im OSEG Board mind. eine von deinen letzten abgeschlossenen Aufgaben hinzufügen?
http://wiki.opensourceecology.de/wiki/OSEG_Board

Als "Area" kannst Du "Project" auswählen, oder wir können für das Projekt einen separaten Spreadsheet erstellen, das Du dann auch auf die Projektseite embedden kannst.

Danke! Nikolay

Antworten

Zurück zu „Zinc-Air Cell plus ZnO-Recycler ("ZAC+")“