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Hot Topic (More than 100 Replies) Test accumulatore Ferro-Ferro (Read 30332 times)
Keyosz
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Test accumulatore Ferro-Ferro
03.04.09 at 10:13:00
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Ciao a tutti,
ho pensato bene di aprire una nuova discussione per proseguire l'esposizione di foto, osservazioni e teorie in merito ad un ipotetico accumulatore elettrochimico realizzato con anodo e catodo di ferro in soluzione alcalina, visto anche "l'inquinamento" della povera discussione che aveva come oggetto gli accumulatori nichel-ferro non mi sembrava il caso di aggiungere altri post fuori tema lì.

Questa non vuole certo essere la scoperta del secolo, siamo ben consapevoli che potremmo ottenere risultati nulli, deludenti o nelle migliori delle ipotesi prestazioni veramente modeste, ma l'intento della sperimentazione è quello di indagare strade alternative per l'accumulo elettrochimico stazionario di una certa entità per gli impianti ad isola (fotovoltaico, eolico, idro....) avendo come obiettivi primari la durata nel tempo e la facilità di reperibilità dei materiali impiegati, per non dire il costo che però è relativo poi alla durata nel tempo!

Mentre pensavo alla realizzazione della ben nota cella nichel-ferro in soluzione di idrossido di potassio ho trovato alquanto difficile e costoso reperire lamiere di nichel, quindi per proseguire la sperimentazione ho optato per la scelta di materiali poco costosi e disponibili in grande quantità, quindi le lamiere di ferro non trattato. Per eventuali teorie chimiche sul funzionamento fate riferimento a Lupo o chiunque altro nel forum che si intenda di chimica, io personalmente non so nulla in materia ma mi diletto nel tempo libero nella sperimentazione ben consapevole che molti dei miei test risulteranno fallimentari.

Inizialmente mi ero fatto tagliare delle piastrine di ferro ed avevo realizzato un prototipo, documentato nella discussione nichel-ferro, che però era risultato un totale fallimento, scoprendo poi che la lamiera di ferro usata era di un tipo particolare trattato chimicamente anti-ruggine!!! Questo non va bene in quanto per la reazione ho bisogno che il ferro arrugginisca, si ossidi, altrimenti avviene solo l'elettrolisi...
Quindi armato di pazienza mi sono fatto tagliare altre piastrine specificando bene che fossero di ferro non trattato, ed ecco quindi la materia prima, come potete notare sono scure, credi sia ossido formatosi per via del ferro a contatto con l'ossigeno atmosferico, ma chiedo conferma a Lupo & co.


Qui ho messo a confronto i due timpi di lamiere di ferro, a sinistra la piastra di ferro non trattato, a destra una di quelle del primo test che non davano alcuna reazione chimica:


Come per il test precedente ho riassemblato un altro "panino" di piastre alternate positiva, separatore, negativa, separatore, ecc....
Tra l'altro posso riportare per Elektron che la carta assorbente usata (i rotoloni per pulirsi le mani in officina) nell test precedente sembra mantenere una certa integrità anche dopo 2 giorni immersa in soluzione al 20% di NaOH, l'unica cosa notata è che la soluzione si colora di giallo dopo essere stata versata a contatto con la carta, credo che qualche collante o sostanza all'interno della carta vada in soluzione, non so, chiedo il vostro parere, che magari debba sostituire l'elettrolita inquinato da tale sostanza giallina?




Effettuati i collegamenti elettrici, questa volta ho usato un filo di ferro sempre saldato a stagno, in quanto non ho altri sistemi pratici per i collettori a casa:


Le saldature sono venute molto peggio rispetto alle piastrine anti-ruggine, tutto quell'ossido nero non faceva aderire bene lo stagno anche raschiando la parte da saldare, per il prossimo prototipo con KOH dovrò trovare un altro sistema di collegamento delle piastre:


Ed in fine qui la cella sotto carica, con 200mA si stabilizza dopo un certo tempo a 1.7V, con 3A va a 2.3V, a vuoto la tensione scende velocemente verso 1.4V poi rallenta la sua discesa.
L'autoscarica è molto veloce ed accentuata ma la capacità è talmente irrisoria che questo fenomeno accadeva anche con i primi prototipi al piombo-acido, devo formare in qualche modo tanto materiale attivo per delle valutazioni più attendibili. La cella l'ho completata ieri sera e queste prove iniziali di carica/scarica le ho fatte velocemente questa mattina prima di andare a lavoro.
Ho notato che il sistema di cariche e scariche successive con inversione di polarità suggerita da Ferro per le piombo fai-da-te sembra avere qualche effetto positivo, inteso come aumento della capacità, anche su questa chimica, dopo 4 cariche con inversioni veloci veloci da circa 30 secondi l'una, sono arrivato a tenere accesa una lampadina da 3W (quelle delle torce) per 5 secondi!


Ho come la sensazione che dovrò realizzare un automazione con una cpu che faccia i cicli di carica e scarica in automatico magari loggando gli andamenti di tensione e corrente, non ho tutto quel tempo e pazienza per farlo a mano....
  
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Lupo cattivo
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #1 - 03.04.09 at 15:50:00
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Hai fatto bene ad aprire una nuova discussione, che noia i "troll"
Come al solito sei di grande perizia e precisione, il giallino che va a colorare l'elletrolita può essere qualunque cosa: la carta viene trattata con molte sostanze, per sbiancarla, per renderla più resistente, per evitare che l'inchiostro si spanda troppo su di esse, anche quella assorbente avrà le sue aggiunte.
Sarà una di queste, la tua idea di cambiare l'elettrolità non mi pare malvagia.
Temo sempre che il risulatato finale sarà minimo, ma come giustamente dici l'esperienza è fatta anche di trovate negative.
Spero solo che l'idrossido tenga e non si depositi sul fondo, sai quanto sia fragile la ruggine!
Vedremo, sono assai curioso
  
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Keyosz
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #2 - 03.04.09 at 18:09:00
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Lo sospetto anche io che il "materiale attivo" che si formerà andrà a depositarsi sul fondo, ed è per quello che ho pressato tutta quella carta assorbente tra una piastra e l'altra, proprio con l'idea di cercare di dare un sostegno a tutto quello che potrebbe formarsi sulla superfice delle piastre, boh staremo a vedere, intanto questa versione a molteplici piastre con la carta in mezzo dopo forti correnti di carica non ha generato il fenomeno del violetto in soluzione come la sorellina più piccola nel barattolino con le piastrine a spasso senza nessun separatore sulla loro superfice....

p.s.
ho notato che l'elettrolita al 20% di soda caustica tende a formare delle incrostazioni sulle pareti interne del contenitore, quelle esposte all'aria appena sopra il livello della soluzione, delle patine quasi cristalline, come del sale, quasi a riformare le scaglie originali che ho sciolto nell'acqua per formare l'elettrolita, spero che tale cosa non vada a pregiudicar eil funzionamento nel tempo o che non vada a formare qualche formazione cristallina anche nelle parti sommerse (separatori, piastre....)
Ho tenuto metà delle piastre di ferro per provare la stessa realizzazione ma con il sospirato KOH che deve ancora arrivare in farmacia.... è da una settimana in ordine..... spero che con quello, essendo usato anche negli accumulatori commerciali, tanti particolari vadano meglio!
  
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Ferrobattuto
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #3 - 03.04.09 at 21:09:00
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Salve a tutti.
CITAZIONE Quote:
.....cariche e scariche successive con inversione di polarità suggerita da Ferro.....

Tengo a precisare che il primo ad introdurre l'idea delle scariche e ricariche inverse è stato Dolomitico, che credo lo abbia appreso da qualche parte. Non è un'idea mia. Lungi da me la volontà di appropriarmi di idee altrui, buone o cattive che siano.
Comunque Keyosz stai facendo veramente un buon lavoro, pulito e preciso, da vero sperimentatore. Speriamo che alla fine i risultati siano positivi e buoni, anche se con rendimenti e tensioni non eccelse.
L'ossido, o idrossido, non so, di ferro credo che si sfalda facilmente, oltretutto non dovrebbe essere un buon conduttore. Potresti dirci, se si può vedere, che fine fa quello già prodotto sulle piastre quando inverti la polarità di carica? In teoria dovrebbe ridiventare ferro "puro", o quantomeno pulito. Oppure si sfalda e se ne va in fondo?
Facci sapere.
Saluti.
Ferro
  
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Keyosz
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #4 - 03.04.09 at 22:20:00
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Ciao Ferro,
per quanto riguarda questo prototipo (l'ultimo da me realizzato) credo che dovrò smontarlo per capire cosa succede agli ossidi internamente sulle piastre in quanto ho assemblato tutto ben stretto appunto per far si che la fragile ruggine venga tenuta a contatto, comunque concordo con te, anche io sono dubbioso che tale ruggina possa essere un buon conduttore di corrente, quindi mi aspetto un comportamento "pigro" di tale cella.

Comunque in attessa che arrivi il giorno che la svuoterò e farò a pezzi posso mostrarti le foto della prova ferro-ferro in bicarbonato che ho fatto con i due minuscoli elettrodi liberi nel bicchierino, i quali hanno depositato una considerevole quantità di ossido sul fondo (ma erano liberi e fluttuanti nel vasetto).

Le piastrine dopo i pochi e veloci cicli iniziali, confronta il colore della parte immersa con quella asciutta soprastante di ogni elettrodo, così a occhio quella positiva sembra essersi scurita un pochino e quella negativa schiarita appena appena:




Qui invece dopo averla caricata al contrario e lasciata li un gionro intero ad autoscaricarsi a 0V:


Questi sono i sedimenti rimasti sul fondo, possiamo chiamarlo materiale attivo (capacità) perso?


Queste sono le piastrine dopo svariate inversioni e sovraccariche forzate con prevalenza però di cariche concordi con il colore dei cavetti saldati:


Ho ancora li da parte queste due piastrine se vuoi le metto di nuovo in soluzione e le lascio ricarichare lentamente una notte intera per vedere se si evidenzia un cambiamento di tonalità nella ruggine.
  
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Ferrobattuto
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #5 - 03.04.09 at 22:37:00
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Bene, credo che quello sulla piastrina positiva, col filo rosso, sia il famigerato ossido. Sarebbe bello saperne la composizione precisa. "Ruggine" oppure "ossido" è un po' vago. In genere ossidi e idrossidi di ferro tendono tutti al rosso, meno quel blu che stà sulle lamiere, dovuto all'alta temperatura che hanno quando escono dai laminatoi. Per ora comunque non fare altro, prosegui con la prova, vedremo alla fine cosa ne scappa fuori.
Per realizzare delle piastre di grande superficie si potrebbe usare del filo di ferro sottile avvolto e poi schiacciato. Anche zincato, che lo zinco si può togliere con dell'acido cloridrico, e lascerebbe il ferro pulitissimo.
Ci rileggiamo.
Ferro
  
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Keyosz
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #6 - 03.04.09 at 22:52:00
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Ecco, appunto, volevo chiedere già da ieri che tipo di ossido fosse quel blu scuro/nero che c'è sul ferro grezzo, tu dici che è un ossido formatosi ad alta temperatura a contatto con l'ossigeno atmosferico?
Mentre costruivo l'elemento con tutte le piastrine non sapevo se era meglio carteggiarlo via tutto oppure lasciarlo, ma visto che sulle piastrine di prova poi la ruggine rossa si era formata lo stesso l'ho lasciato, ma forse era meglio che lo tolgievo?
Pensavo che lo strato scuro fosse ossido formatosi lentamente a contatto con l'aria una volta stoccata la lamiera in magazzino, ma la tua parola "laminatoi" mi ha illuminato, le alte temperature! giusto!
Chissà che magari Lupo conosce la differenza tra l'ossido rosso e quello li blu scuro?

Magari l'ossido scuro è utile o magari da solo fastidio? boh....
  
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DOLOMITICO
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #7 - 04.04.09 at 09:11:00
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CITAZIONE (Ferrobattuto @ 3/4/2009, 22:09) Quote:
Salve a tutti.
CITAZIONE Quote:
.....cariche e scariche successive con inversione di polarità suggerita da Ferro.....

Tengo a precisare che il primo ad introdurre l'idea delle scariche e ricariche inverse è stato Dolomitico, che credo lo abbia appreso da qualche parte.

Grazie Ferro per l'alta morale che dimostri,io l'ho letto su un libro che tratta esclusivamente il riciclo e il costruirsi una batteria al piombo fatta in casa.
Pero è solo in inglese,anche se abbastanza facile da capire....(per chi sa un po l'inglese)
Bel lavoro veramente,sei proprio forte keyosz a mettere in piedi dei test in poco tempo,sei anche tu un "apprendista stregone vulcanico"
Sono curioso dei risvolti...
  
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Lupo cattivo
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #8 - 04.04.09 at 12:49:00
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Allora , metto un piccolo schemino di osssidi e idrossidi di ferro con i relativi colori, in modo da potersi orientare.
Il ferro ha due stati di ossidazione prevalente 2 e 3 (ne ha un terzo, ma non come metallo, per cui lasciamo perdere)
Quindi formerà sali ferrici (Fe3+) e ferrosi (Fe2+)

Ossido ferrico Fe
2
O
3
di colore rosso
Ossido ferrico idrato Fe
2
O
3
.H
2
O di colore giallo
Ossido di ferro (una miscela dei due) FeO.Fe
2
O
3
di colore nero
Idrossido ferrico Fe(OH)
3
di color rosso mattone
Idrossido ferroso Fe(OH)
2
di color verde mela

Quello che quasi certamente entra in gioco è l'idrossido ferrico, di color rosso mattone che mi apre di aver anche visto nelle foto
  
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tecnonick
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #9 - 04.04.09 at 20:17:00
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Ciao Keyosz, a prescindere dal fatto che quell'accumulatore purtroppo alla fine ti servirà a poco, ti do una dritta giusto per il piacere di sperimentare e che ti farà perdere meno tempo: prendi 100 grammi di quella lamiera, immergila in 2 litri di candeggina per una notte(l'ipoclorito di sodio ossida molto bene il ferro), o meglio anche 24 ore, la mattina ti trovi il materiale attivo bello e pronto, lo filtri, lo lavi con acqua, lo rifiltri fino ad ottenere una polvere rosso bruno. Adesso questa polvere che è comunque umida la spalmi su metà delle piastre e fai seccare nel forno a 180 gradi per un oretta(come la torta), l'ossido rimarrà abbastanza saldo alla pistra, crei il tuo pacco di lamelle con il separatore ben aderente a etrambe, immergi tutto in soda al 21% ed eccoti fatto il tuo accumulatore, ricaricabile. Meglio se la piastra senza ossido la fai di zinco. Non aspettarti grandi rese, si parla di una corrente sfruttabile per qualche secondo di 2-3mA per centimetro, ovviamente se aumenti la quantità di ossido e lo misceli con un 20-30% di carbone attivo in polvere la cosa potrebbe anche essere interessante per uso personale....
  
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Keyosz
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #10 - 04.04.09 at 22:01:00
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Grazie a tutti delle informazioni e suggerimenti, vedrò cosa riesco a provare, al momento posso solo dirvi che il ferro nella soluzione di soda caustica produce solo ossidi scuri, neri, a differenza delle prove con il bircabonato che invece produceva ossidi del tipico colore rosso, arancione.
  
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tecnonick
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #11 - 04.04.09 at 22:23:00
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Allora, per avere una certa resa, sia che la batteria è ni-mh, ni-cd, litio, ferro etc... devi avere una certa quantità si sostanza attiva, quindi un ossido. Se cerchi di ottenere questo ossido caricando due piastre in ferro la resa è bassissima, e la maggiorparte dell'ossido ottenuto ti precipiterà sul fondo se insolubile, o ti si impregnerà nella soluzione fino a renderla poco conduttiva. Perciò: prima ti crei l'ossido aparte, lo applichi sulla piastra, e poi lo sfrutti. Per reggere l'ossido sulla piastra si possono fare amalgame con leganti particolari, come nel caso delle pile alcaline, ni-mh, ni-cd etc... ma c'è un altro problema: l'ossido non conduce corrente, quindi se per avere più resa aumenti la quantità di ossido, allo stesso tempo riduci la conduttività, che è data dal miscuglio di ossido ed elettrolita, meno elettrolita c'è e meno conduce, se aumenti l'ossido nello stesso spazio diminuisce l'elettrolita. Per ovviare a questo si usa amalgamere l'ossido con un conduttore, quindi grafite o carbone attivo. Senza adottare questi accorgimenti non potrai mai ottenere nulla di soddisfacente, se una pila AA ni-mh è in grado di fornire una capacità di 2,4 ampere/ora, con quel sistema, senza adottare certi accorgimenti, a parità di peso, ne otterrai 24mA ora se sei fortunato. Facendo due conti, pare inutile utilizzare tutti questi accorgimenti su un accumulatore al ferro, perchè il ferro più di quello non ti da. Adesso, se devo dottare tutti gli accorgimenti ho un costo: se uso il ferro ho una resa 10, se uso zinco ho una resa 1000, se devo produrre e amalgamere ossido di ferro per ottenere un catodo decente ho un costo che è pari a quello per ottenere lo stesso catodo al biossido di manganese, per cui capisci ch non ha senso pensare di poter produrre qualcosa di grande con il ferro, la spesa che avresti è la stessa che hai costruendo un grande accumulatore con lo zinco, allora il consiglio nasce spontaneo: fatti un accumulatore alcalino a base di zinco. Cosa ti serve: grafite, biossido di manganese, zinco, KoH, niente si più semplice e poco costoso! questo tipo di accumulatore è ricaricabile, e supera tranuillamente i 4-500 cicli, le pile alcaline in commercio sono tutte ricaricabili, basta caricarle con una tensione del 10% in più alla loro nominale(quelle da 1,5V le carichi con 1,65v, quelle da 9 con 9,9 volt), non c'è alcun rischio, non scoppia, non scalda, si ricarica e basta. Il fatto che scrivono di non ricaricarle probabilmente è solo una questione di businness, e magari anche un pelo di sicurezza perchè ovviamente se non hai tensioni precise il botto ci scappa. Ora, l'unica difficoltà nel realizzare un accumulatore alcalino è quella di assemblare il catodo, infatti è facile mischiare il biossido con la grafite, ma poi lo devi tenere assieme per fare una piastra, loro pressano il tutto e amalgamano con pece e catrame, poi cuociono a 800-1000°, noi purtroppo ci si deve accontentare di mischiare e amalgamere con un legante, magari pressare un pò, e lla fine comunque ci troviamo un catodo discreto, che avrà una resa poco inferiore a quello di un'alcalina normale, ma che per i nostri scopi può andar bene visto che non dobbiamo metterci a vendere pile giusto? facci un pensierino.....

  
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Keyosz
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #12 - 05.04.09 at 16:03:00
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Grazie dei consigli Tecnonick, un giorno o l'altro arriverò a provare anche la tua soluzione, per il momento posso solo dire che la cella ferro-ferro produceva più ossido (quello rosso chiaro) in soluzone di bicarbonato, nella soda caustica sembra essere una ossidazione molto più pigra, mentre facevo altre cose ho fatto a mano delle cariche/scarice ma dopo l'incremento iniziale adesso la capacità sembra essersi stabilizzata su un valore che tiene accesa la lampadina da 3W non più di 10 secondi senza più miglioramenti.

Nel frattempo ho provato un altra combinazione, ferro(-) / rame(+), sempre in soluzione NaOH al 20%, già alla prima carica con corrente costante 200mA non si è prodotta elettrolisi per circa 30 secondi, poi gradualmente è iniziata sul ferro e dopo 1 minuto anche sul rame. Durante la carica la tesnione resta stabile a 1.060V poi ad un certo punto sale molto velocemente a 2V come se la carica fosse completata, ergo il materiale attivo abbia finito di reagire, e quindi inzia una elettrolisi accentuata.
La cellettina di prova nel bicchierino si stabilizza a vuoto intorno agli 0.8V e messa in corto eroga una punta di quasi 1A per poi abbassarsi gradualmente intorno ai 300mA per circa 40-50secondi, dopo 2 minuti di corto eroga ancora 20mA.
Questa combinazione performa 10 volte meglio del test ferro-ferro e come potete vedere dalle foto tutti e due i metalli reagiscono prontamente, l'unica cosa è che la soluzione si colora di blu molto velocemente....
Indagherò anche questa coppia di metalli, tempo permettendo...



Piastre dopo la carica:


Piastre dopo la scarica in corto:


  
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Lupo cattivo
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #13 - 06.04.09 at 08:53:00
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Quel bel colore azzurro è dato dai sali rameici passati in soluzione.
Se gli metti qualche goccia di ammoniaca formi un complesso cuproammoniacale di un bel blu intenso.
Se continui ad aggiungere ammoniaca il tutto scompare perchè distruggi il complesso
Nulla a che vedere con una possibile pila secondaria (cioè ricarìcabile) , ma un esperimento da piccolo chimico
  
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Keyosz
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Re:Test accumulatore Ferro-Ferro
Reply #14 - 11.04.09 at 14:21:00
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Ciao a tutti,
volevo fare una domanda veloce veloce, provando coppie alluminio-rame e alluminio-ferro mi sono imbattuto in un comportamento strano quando polarizzo l'alluminio come +, ovvero con il generatore di corrente costante la tensione sale poichè non assorbe quasi niente e scollegando i cavi la tensione ci mette un pò a scendere dai 20volts fino a 0, facendo delle prove sembra quasi che la coppia si comporti come un condensatore elettrolitico, ma è possibile? polarizzandolo al contrario invece conduce, la tensione resta bassa e si ottiene elettrolisi....

Come mai l'alluminio polarizzato + forma una resisrtenza interna alta alla carica ma resituisce un piccolo impulso di corrente quasi alla tensione caricata? (tiene acceso un led per mezzo secondo circa)

Sono arrivato fino a 50V ma niente.... non conduce quasi niente... e non riesco ad ossidare l'alluminio, che sia un altra diavoleria trattata chimicamente contro le ossidazioni?
  
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