luft oder Sauersoff?

Ein Brennstoffzellen-ähnliches System zur langfristigen Energiespeicherung / A semi-fuelcell system for energy storage
Antworten
buddhafragt
Beiträge: 2
Registriert: So 24. Nov 2013, 23:57

luft oder Sauersoff?

Beitrag von buddhafragt » Mo 25. Nov 2013, 00:12

Hat schon mal jemand daran gedacht,
reinen Sauerstoff (aus der Flasche) zu verwenden um den Wirkungsgrad zu erhöhen, die Leistung und die Degeneration des Elektrolyten zu unterbinden?
Wäre mal interessant die Unterschiede zu sehen.


gruß
Michael

Benutzeravatar
case
Beiträge: 738
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

Re: luft oder Sauersoff?

Beitrag von case » Mo 25. Nov 2013, 11:24

buddhafragt hat geschrieben:Hat schon mal jemand daran gedacht,
reinen Sauerstoff (aus der Flasche) zu verwenden um den Wirkungsgrad zu erhöhen, die Leistung und die Degeneration des Elektrolyten zu unterbinden?
Wäre mal interessant die Unterschiede zu sehen.
Da es sich bei der Brennstoffzelle um ein geschlossenes System handelt, wäre das eine Option. Es gibt auf Youtube ein Video wo einer genau das im ganz kleinen Maßstab zeigt, d.h., er sammelt dabei erst den entstehenden Sauerstoff in einem Luftballon und nutzt ihn anschliessend wieder um das Zinkoxid zu regenerieren.

http://www.youtube.com/watch?v=cRTePg4SFcs

und

http://www.youtube.com/watch?v=39rxgQ-7VOo


Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Kohlendioxid aus der Luft vorher zu entfernen mittels eines Luftwäschers ("Scrubber"). Denn das ist das eigentliche Problem, da sich das CO2 mit der Kalilauge zu Kaliumcarbonat verbindet, welches irgendwann ausgefällt wird und dann die Poren der Gaskathode zusetzt.

Das passiert aber nicht sofort, d.h., in einem nur wenige Stunden dauernden Experiment ist der Effekt m.E. noch relativ gering, für einen Effizienzvergleich müsste man da vermutlich ein längerlaufendes System haben mit einer kontinuierlichen Brennstoffzuführung und das wäre ja auch jetzt der nächste Schritt. D.h., konkret steht als nächstes an sich Gedanken über Design und Details des "Prototyp Nr.1" zu machen. Ich hatte dazu im Wiki schon mal angefangen ein paar Stichpunkte und Überlegungen zu notieren, siehe

http://wiki.opensourceecology.de/ZAC-Prototyp

Im Grunde gehts jetzt darum, an dieser Stelle weiterzumachen, d.h., diese Überlegungen noch zu ergänzen, ggflls. zu diskutieren und das Ganze dann in einen ersten Entwurf für ein Zellen-Design münden zu lassen.

Dh., wir müssen uns überlegen, wie genau eine Zelle, die man z.B. aus Plexiglasplatten aufbauen könnte, beschaffen sein müsste, also bezügl. eingefrästen Kanälen für die Zink-Zuführung, Elektrolyt- und Luft-Zirkulation und einer Kammer. Sowie einige mechanische Aspekte, etwa, wie solche Platten zu einer Zelle verbunden werden können oder auch wie die Gaskathode darin integriert und befestigt wird (am besten so, das sie vielleicht in einem Plastikrahmen irgendwie eingeklipst werden kann und damit eine einfach Handhabung beim Austausch ermöglicht).

Am Ende würde dann nach meiner Vorstellung eine CAD-Datei rauskommen die als Grundlage für die Fertigung solcher Platten dient. Und ab da ginge es dann mit Praxis-Tests weiter.

OK, soviel erstmal zum aktuellen Stand und Ausblick auf die nächsten Schritte.

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
J.R.I.B.
Beiträge: 291
Registriert: Mi 5. Jun 2013, 00:34

Re: luft oder Sauersoff?

Beitrag von J.R.I.B. » Sa 14. Dez 2013, 13:02

Dh., wir müssen uns überlegen, wie genau eine Zelle, die man z.B. aus Plexiglasplatten aufbauen könnte, beschaffen sein müsste, also bezügl. eingefrästen Kanälen für die Zink-Zuführung, Elektrolyt- und Luft-Zirkulation und einer Kammer. Sowie einige mechanische Aspekte, etwa, wie solche Platten zu einer Zelle verbunden werden können oder auch wie die Gaskathode darin integriert und befestigt wird (am besten so, das sie vielleicht in einem Plastikrahmen irgendwie eingeklipst werden kann und damit eine einfach Handhabung beim Austausch ermöglicht).

Vielleicht könnten wir es wie die einstigen Römer machen? Verdampfen eines Platzhalters. Die Römer fertigten das Zielobjekt zunächst aus Wachs. Dieses wurde mit Lehm ummantelt. Wird dann heißes Metall eingegossen, so verdampft das Wachs und das Metall tritt an deren Stelle.

In unserem Fall handelt es sich eher um das Verdampfen eines Hohlraumplatzhalters (nämlich für die Kanäle, Kammern, Zinkzuleitungen, ...) wobei wir versuchen, den Platzhalter anstatt mit einem anderen Feststoff (z.B. Metall) mit einem Gas (nämlich Luft) auszufüllen. Wir ersetzen den Platzhalter also nicht, sondern verdampfen ihn ohne Ersatz (okay, Luft strömt nach und ist streng genommen der 'Ersatz/Austausch').
  • Grundstruktur (Platzhalter) gießen, fräsen, drehen oder mittels 3D-Drucker ausdrucken. (Das Material muss früher verdampfen (also bei niedrigerer Temperatur) als das Mantelmaterial.
  • Ummanteln des nun vorliegenden Hohlraumplatzhalters mit dem Zielmaterial mit den gewünschten Eigenschaften (je nachdem, was für die Zink-Luft-Brennstoffzelle nötig). Kunstharz wäre eine Option, da es den Aggregatszustandswechsel fest<->flüssig schadenfrei(?) mitmacht. Ob Plexiglas für diesen Fertigungsprozess funktioniert, weiß ich nicht. Wir könnten in diesem Schritt z.B. den Hohlraumplatzhalter in ein flüssiges Kunstharzbad tauchen und dieses dann z.B. mittels UV-Strahlung härten. Ein Verdampfungsloch sollte vorgesehen werden, damit das Hohlraumplatzhaltermaterial entweichen kann.
  • Nach Erhitzen des Fertigungskörpers und vollständigem Verdampfen des Platzhaltermaterials erhalten wir die gewünschte Brennstoffzellenstruktur in einem Stück. Gefertigt aus dem gewählten Mantelmaterial. Wählten wir also Plexiglas als Mantelmaterial, so erhalten wir Plexiglas mit den Gängen, Kammern, Zink-Zuleitungen, ...
Meine Kenntnisse der Zink-Luft-Brennstoffzelle reichen nicht aus, um zu entscheiden, ob der vorgestellte Fertigungsvorgang möglich oder doch unmöglich ist. Ich wollte diese Idee nur in den Raum werfen, Vielleicht zündet es bei einem anderen Erdenbürger|in eine bessere Idee.

Edit: Kann man beim Einloggen das Häkchen 'eingeloggt bleiben' standardmäßig aktivieren? ICh vergesse es oft und beim Abschicken des Forenbeitrags bin ich bereits wieder ausgeloggt ... und der ganze Text ist futsch. (Unwiderruflich sogar in diesem Fall :roll:

Benutzeravatar
case
Beiträge: 738
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

Re: luft oder Sauersoff?

Beitrag von case » Mi 15. Jan 2014, 12:05

Hi Jan,
J.R.I.B. hat geschrieben: Meine Kenntnisse der Zink-Luft-Brennstoffzelle reichen nicht aus, um zu entscheiden, ob der vorgestellte Fertigungsvorgang möglich oder doch unmöglich ist. Ich wollte diese Idee nur in den Raum werfen, Vielleicht zündet es bei einem anderen Erdenbürger|in eine bessere Idee.
Möglich vermutlich schon auf die eine doer andere Weise, wobei ein einfaches Cast-Molding aber wahrscheinlich auch schon ausreichend wäre.

Es ging mir hierbei aber nicht um den Fertigungsvorgang an sich, sondern darum, wie das Design gestaltet sein müsste um die Dinger einerseits klips-bar und andererseits aber auch wasserdicht zu machen.

Im Moment bewegt mich aber noch eine ganz andere Frage, welche ggflls. das Problem obsolet machen würde. Und zwar frage ich mich, ob es nicht möglich wäre, vielleicht komplett auf die Luftkathode zu verzichten indem man einfach den Sauerstoff bzw. Luft direkt mit einer Pumpe einbläst oder einperlt.

Die Luft müsste nur irgendwie in viele feine Bläschen verteilt werden, ähnlich wie bei einem Ausströmerstein in einm Aquarium, und diese ganzen feinen Bläschen am Stromkollektor, zb. einem Nickeldrahtgitter, entlangperlen.

Wann immer es dabei zur kurzfristigen Ausbildung einer 3-Phasen-Zone kommt, d.h., wo Luft, Kollektorgitter und Eelektrolyt aufeinandertreffen kann die elektrochemische Reaktion stattfinden.

Ich kann allerdings nicht genau einschätzen, ob und wie sehr die Luftblasen den Elektronentransport behindern, aber vielleicht könnte man das irgendwie durch ein cleveres Design optimieren.

So von aussen betrachtet würde ich denken, dass das prinzipiell funktionieren müsste, es ist allerdings die Frage, wieviel Strom dabei letztlich erzeugt werden kann und ob das nicht nur äusserst geringe Mengen wären. Wenn dennoch halbwegs Nennenswertes dabei rauskäme, wäre das eine Top-Möglichkeit, die Gaskathode zu eliminieren und würde uns damit viel Aufwand ersparen. Notfalls könnte das Ding auch einfach etwas größer dimensioniert werden, da bei einer stationären Anwendung die Abmaße nicht so eine große Rolle spielen (etwa im Gegensatz zur Anwendung im Bereich Elektromobilität).

Jedenfalls würde ich das in nächste Zeit gerne mal testen.

Gruss, Oliver

PS: Ein weiterer Vorteil dabei wäre vielleicht noch, dass dadurch die Flüssigkeit stärker bewegt wäre und somit die Ablösung der ZnO-Teilchen von der Zink-Anode unterstützt, d.h., je mehr "blanke" Stellen beim Zink, desto mehr "reaktive" Oberfläche, und desto mehr Strom bzw. Ampere.
--- Man wächst nur, indem man etwas zuende bringt und etwas anderes beginnt ---

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

Benutzeravatar
J.R.I.B.
Beiträge: 291
Registriert: Mi 5. Jun 2013, 00:34

Re: luft oder Sauersoff?

Beitrag von J.R.I.B. » Do 16. Jan 2014, 04:09

Wenn die Gasdiffusionskathode nichts verändert, also wenn sie keinen Einfluss auf die Reaktion von O2 + H2O hat, sondern nur der Verteilung oder dem Gradienten dient. warum nicht. Größer aber dafür keine Gasdiffusion, das wäre denke ich ein guter Tausch. Die 3-Phasen-Zone bekommen wir dann schon noch optimiert.

Meinst du eigentlich, sowas wie Elektrolytverlust-Eindämmung lohnt sich, wenn man es wie in nachfolgendem Link mit Zusatzmembranen löst:
http://www.gore.com/en_xx/products/elec ... y_app.html

Also mir gefällt da dein möglichst geschlossenes System viel besser. Wenn recyclen funktioniert, könnten wir es dann hermetisch versiegeln?

Benutzeravatar
case
Beiträge: 738
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

Re: luft oder Sauersoff?

Beitrag von case » Fr 17. Jan 2014, 09:23

Hi,
J.R.I.B. hat geschrieben: Meinst du eigentlich, sowas wie Elektrolytverlust-Eindämmung lohnt sich, wenn man es wie in nachfolgendem Link mit Zusatzmembranen löst:
http://www.gore.com/en_xx/products/elec ... y_app.html
Bin mir nicht sicher was Du meinst. Meinst Du Elektrolyverlust durch Verdunstung ?

Das Problem stellt sich insofern nicht als das Elektrolyt ständig durchgespült wird, d.h., es wird ständig frischer Elektrolyt hinzugefügt.

Wobei er allerdings, sobald er die Zelle verlässt, recht umgehend wieder recycled, oder zumindest grob recycled wird und dem System wieder hinzugefügt wird.

Wie das im Detail aussieht ist mir auch noch nicht ganz klar, aber prinzipiell gehts darum das Zinkoxid (ZnO) daraus so vollständig wie möglich zu entfernen. Ein vager Ansatz dazu wäre z.B. ein Hydrozyklon, sowas Ähnliches wie ein normaler Zyklon zur Staubabscheidung nur halt Partikelabscheidung in Flüssigkeiten.

Das würde damit einhergehen, das die Elektrolytlösung mit ZinO so gesättigt ist, das die Zinkat-Ionen als weissgraues Pulver oder Flocken in der Lösung ausgefällt werden.

Ich frage mich nur, ob man überhaupt die Lösung so weit gesättigt haben will, bzw. ob das System nicht leistungsfähiger ist, wenn man den Elektrolyt schone rneuert bevor er soweit gesättigt ist. Oder andersrum formuliert wäre es schön, wenn das System auch leistungsfähig genug wäre, selbst wenn man den Elektrolyt sättigt (weil man dann das Zinkat z.B. mittels Hydrozyklon separieren könnte ;)). Zumindest in der Hörgerätebatterie scheint das ja auch zu gehen, die ist erst am Ende wenn das Zink verbraucht ist und enthält nur vergleichsweise wenig Elektrolyt.
Also mir gefällt da dein möglichst geschlossenes System viel besser. Wenn recyclen funktioniert, könnten wir es dann hermetisch versiegeln?
Das hängt von obigem ab und ist ggflls. darüberhinaus eine Frage dessen wie man es konstruiert. Und eine Frage wofür man das braucht, d.h., bei einer stationären Anwendung ists eher nicht so wichtig, bei einer Anwendung für ein Elektrovehicle wie Deinem Schneepflug natürlich schon ;)


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
J.R.I.B.
Beiträge: 291
Registriert: Mi 5. Jun 2013, 00:34

Re: luft oder Sauersoff?

Beitrag von J.R.I.B. » Fr 17. Jan 2014, 13:28

Interssant. Dann muss ich bei nächster Gelegenheit unbedingt mal eine Wasserstoffbrücke zu meinen Alchemistenfreunden bauen und sehen, ob sie mir ein paar Goldrezepte verraten können, mit Porzellan wäre ich auch schon zufrieden .. nur schmelzen kann ich das leider nicht und das ist doch das einzige, was man mit sowas wie Gold überhaupt anfangen kann. :mrgreen:

Deine Zink-Luft-Batterie hat mich gestern auf eine Idee für meine Mikrobielle Brennstoffzelle gebracht. Das muss ich gleich noch aufzeichnen, sonst vergess ich's noch ... geht auch um die Kathode, hab hoffentlich ein Design gefunden, das die Oberfläche maximiert und trotzdem einfach herzustellen ist.


Apropos Alchemie. Was ist nur aus der Aluminiummaschine im GlobalVillageConstructionSet geworden? So eine tolle Maschine, und keiner will sie bauen?

Antworten