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Normal Topic Pila Zinco-Rame (Read 16426 times)
qqcreafis
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #30 - 24.05.10 at 22:06:00
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funzionerà un separatore in gesso CaSO4 ? (un sottile strato) è un solfato poroso e poco solubile ......
  
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kekko.alchemi
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #31 - 24.05.10 at 23:28:00
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Il miglior materiale inerte è sicuramente la ceramica, però effettivamente una prova con il gesso la farei!! Specie se l'elettrolita è sempre un sale dell'acido solforico.
  
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qqcreafis
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #32 - 25.05.10 at 12:30:00
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la mia speranza recondita è che in qualche modo ostacoli gli ioni metallici e faciliti gli ioni so4--
  
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Keyosz
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #33 - 26.05.10 at 21:30:00
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Ottimo spunto, da provare...
Ma non si scioglierà/sfalderà immerso costantemente in acqua?
E usare sottili pareti di carton-gesso?
Mi procurerò qualcosa da provare, ci risentiamo tra una settimana o due
  
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max_linux2000
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #34 - 27.05.10 at 14:33:00
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sognando ad occhi aperti... se si usasse la versione originale di questa pila di daniell, assumendo i difetti ovviamente, per accumulo energia in grande stile a prezzi tutto sommato economici.

usando per esempio i bidoni plastici da 25lt dell'olio da cucina e mettendone 12 in serie per ottenere 13 volts. Se concentrando le soluzioni si riuscisse ad ottenere 2 Ah/litro avremmo una batterie da 50Ah a 12 volts..600 watt. Pochini confrontandola con una batteria al piombo, ma i costi dell'elettrolita sono bassissimi e pure i contenitori sono gratis. Unico problema sarebbe lo zinco.... quanto costa al KG?

ho giusto dietro casa una ventina di bidoni in polietilene trasparente che stanno li a far "gnente"
  
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Ferrobattuto
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #35 - 27.05.10 at 17:12:00
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CITAZIONE (max_linux2000 @ 27/5/2010, 15:33) Quote:
.....ho giusto dietro casa una ventina di bidoni in polietilene trasparente che stanno li a far "gnente"

Che dimensioni hanno? Non è che ci puoi fare dentro ognuno un bell'elemento al piombo di grosso calibro? Sai, con 12 ti ci fai un bell'impianto a 24, e se hai due serie puoi raddoppiare la capacità....
  
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max_linux2000
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #36 - 27.05.10 at 18:13:00
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sono da 25 litri, circa 50x30 cilindrici con i manici ad anfora.

ma non posso usarli per il piombo in quanto peserebbero troppo e la plastica non reggerebbe il peso, visto che ogni elemento peserebbe... 280 KG!!!! e chi lo sposta poi?

Certo che se da un paio di sali ed acqua si potesse ricavare una batteria, allora verrebbe meno il problema.

Di questi bidoni me ne portano un paio la settimana e non mi ci vorrebbe molto a fare dei gruppi da 12 collegati in parallelo per ottenere buone prestazioni. Per esempio potrei usarli come doppio uso dentro la serra in inverno per mantenere il calore accumulato durante il giorno (il sole scalda) e allo stesso tempo contenere energia elettrica.
Il fatto che contengano poca energia non li rende affatto disprezzabili dal mio punto di vista. Lo spazio non mi manca infatti.

Un altro punto a favore è il fatto che apparentemente non soffrono di autoscarica.

A quanto ho capito i due elementi non sono inquinanti vero? Immaginiamo che mi si rompa un bidone dentro la serra!!

ciao
MaX
  
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Keyosz
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #37 - 27.05.10 at 21:17:00
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Il solfato di rame non dovrebbe inquinare in quanto lo usano sulle viti, ma sicuramente è velenoso per ingestione , il solfato di zinco non ho idea, mentre i due metalli (rame e zinco) non dovrebbero presentare alcun rischio per la salute, anzi lo zinco lo tocchiamo tutti i giorni è ovunque, la maggior parte delle strutture metalliche di acciaio sono zincate.

Quindi il sistema daniell dovrebbe presentare impatto ambientale molto basso, è solo da evitare di bere il solfato di rame (come del resto si evita di bere i detersivi e la benzina )

Sul prezzo non saprei, perchè dalle mie parti il solfato di rame costa 5€/Kg e il solfato di zinco non lo trovo, quindi lo formo con immersione di zinco nel solfato di rame facendo precipitare polvere di rame, il chè è un processo più costoso che non recuperare solfato di zinco direttamente, il rame costa abbastanza ma serve solo per una piastra sul fondo, mentre lo zinco serve massiccio per l'elettrodo negativo che si consuma, dovrebbe costare meno del piombo se trovato grezzo in lingotti, ma se sotto forma di lamiera costa fino a 4-5€/Kg per via della lavorazione credo.
Quindi a conti fatti un grosso accumulo zinco-rame finisce a costare più di un accumulo al piombo-acido fatto con il materiale di recupero delle batterie usate....

Sì la cella accumula in litri, ma attenzione che all'aumentare della distanza tra rame e zinco (altezza della cella) aumenta anche la resistenza interna, difatti questo è un pò il punto debole, ovvero per aumentare la corrente in uscita si dovrebbe appiattire la cella, ma così facendo si aumenta la percentuale di solfato di rame che entra in contatto con lo zinco e si autoscarica, è da trovare la giusta proporzione.

Anche io, come Maxlinux, non ho problemi di spazio, ed un sistema del genere lo vedo bene come accumulo a lungo termine, ovvero ricariche lente nei giorni di sole e scariche lente ad aiutare gli accumulatori al piombo nelle settimane di nuvolo, una riserva ad uso lento per mitigare l'usura degli accumulatori primari al piombo nei lunghi periodi di bassa insolazione, non penso all'accumulo stagionale perchè servirebbe una piscina per ogni elemento
  
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max_linux2000
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #38 - 27.05.10 at 22:20:00
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Si, infatti anche io non lo intendo come accumulo stagionale, quanto come riserva extra, oppure per avere luce nella serra/giardino/orto durante l'inverno, magari con lampade led... cosa da poche decine di watt insomma.
Oppure come risorsa estrema quando tutte le altre fonti fanno cilecca.

A dire il vero non esiste nulla a nostra portata che si possa usare come accumulo stagionale... peccato!

Riguardo la resistenza interna.... vorrei capire una cosa.

Immaginiamo di avere 2 accumulatori da 100Ah, Se uno dei 2, ha una grossa resistenza interna, potrà fornire poca corrente in uscita... (si dice "di spunto"?), mentre al contrario l'altro con resistenza molto bassa avrà forti correnti di spunto.

Ma i due accomulatori avranno la stessa capacitá applicandogli un carico basso?... ne senso la resistenza interna, consumerà parte della corrente accumulata o semplicemente frenerà la corrente in uscita?

ciao
MaX
  
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #39 - 27.05.10 at 23:01:00
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Entrambe le cose, frena la corrente in uscita, e facendo questo abbassa la tensione ad ogni amper in più che si chiede, questo abbassamento di tensione determina anche una minor potenza sul carico in uscita ma la chimica interna a potenza la eroga tutta, solo che la porzione di watt che si perde viene dissipata in proporzione sotto forma di calore nell'elettrolita che funge da resistenza, per esempio la cella che ho fatto di prova a 100mA scende a 0,6V circa, quindi essendo che la chimica internagenera un voltaggio di 1,1V il 0,5V mancanti vengono dissipati in calore nell'elettrolita, quindi nel complesso viene erogata tutta la potenza immagazzinata ma una parte di questa non ariva al carico esterno e dissipa internamente, nel caso della mia prova essendo la corrente di 100mA avevo 0,1A*0,6V=0,06W sul carico e 0,1A*0,5V=0,05W in calore nell'elettrolita interno, più la corrente si abbassa, ovvero più la scarichiamo lentamente, più il rapporto si sposta a favore del carico esterno migliorando l'efficenza globale del sistema.

Questo è il principio di base che si applica un pò su tutte le celle elettrochimiche poi però intervengono anche altri fattori fisico-chimici tipici di ogni particolare chimica presa in considerazione, come per esempio il fatto che nelle piombo-acido una scarica veloce consuma le materie attive più vicine alle griglie collettrici formando uno strato di solfato isolante che inibisce il contatto elettrico con le materie attive più esterne limitando la quantità di ossidi sfruttabili e riducedo la capacità.

Nella cella di daniel in questione ho notato che la scarica in corto circuito forza una leggera deposizione di rame metallico sullo zinco in cima, fatto controproducente in quanto il rame dovrebbe sempre restare sul fondo.

Per concludere rispondendo alla tua domanda: si con una corrente molto bassa entrambi gli accumulatori avranno la stessa capacità
  
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max_linux2000
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #40 - 27.05.10 at 23:24:00
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grazie per la risposta, ma ho un'altra domanda

giusto per fare un paragone e stabilire l'ordine di grandezza vorrei paragonare una batteria piombo/acido con quella di Daniell.

Ad una piombo/acido possiamo scaricarla a regime di C10 per farla durare a lungo... e quella di Daniell? Sarebbe troppo chiedere C5?
  
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Ferrobattuto
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #41 - 28.05.10 at 06:41:00
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Naturalmente sperimentare non fa male, anzi, è d'obbligo, ma secondo me stiamo ripercorrendo una tecnologia abbandonata per ovvi motivi.....
Il setto poroso, la separazione degli elettroliti, il pericolo della deposizione galvanica e quello della polarizzazione, l'alta resistenza interna ecc, hanno fatto sì che questo tipo di pile vanisse abbandonato a favore di altre con molti meno problemi. Inoltre i due metalli che la costituiscono sono costosi, di difficile riciclaggio e con lavorazione problematica. Il rame lo si trova facilmente come scarto, ma se se ne dovesse comprare una gran quantità per fare un grosso sistema di accumulo costerebbe un botto di soldi. Anche lo zinco non scherza, si trova più difficilmente del rame e costa quasi altrettanto.
A come la vedo io per il fai-da-te ci sono troppi problemi.
  
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Keyosz
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #42 - 29.05.10 at 10:25:00
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Le celle che ho realizzato fino ad ora non erogano più di C10 in corto secco, ovvero questo è il loro valore massimo assoluto in una condizione estrema che però non è sfruttabile in quanto la tensione è 0V in tale situazione, da altre prove frettolose non posso darti dei dati certi in quanto le conosco solo 1 decimeo delle piombo, ma ti posso dire che in regime C20 la tensione era di circa 0,6V quindi deduco con ragionevole margine di approssimazione che questo tipo di celle debbano lavorare in un regime compreso tra C60 e C100, è per questo motivo che le vedo bene come accumulo secondario di supporto ad un accumulo primario al piombo o al nichel-ferro.

Tieni presente che io mi riferisco a celle relizzate in barattolini dove la distanza tra i due elettrodi non superava i 10cm, essendo la resistenza interna a determinare il regime ottimale di scarica Cx bisogna considerare che aumentando la distanza tra gli elettrodi aumenterà la quantità di elettrolita che la corrente ionica deve attraversare e di conseguenza anche la resistenza interna e il valore di Cx, quindi celle più alte aumentano la quantità/strato di solfato di rame accumulabile quindi la capacità ma impongono anche una scarica ancora più lenta.

Pensa che durante il corto circuito si possono vedere a occhio nudo i flussi ionici o di interscambio di solfai nell'elettrolita, sono poco visibili ad occhio e quindi difficilissimi da far venire in foto, ma si vedono come tanti filamenti di diversa densità che scorrono dallo zinco verso il rame in verticale, aprendo il circuito esterno (rimuovendo il corto) spariscono in una decina di secondi.

Ferro ha menzionato la deposizione elettrolitica di rame come uno dei problemi e lo confermo, difatti deposizione di rame sull'elettrodo di zinco ne determina un calo di prestazioni ed autoscarica, ma ho notato che avviene solo se lo zinco è troppo vicino allo strato di solfato di rame oppure durante il corto circuito, condizioni che se il sistema è ben progettato non dovrebbero verificarsi.

Concordo con Ferro riguardo al prezzo, non solo per il costo del rame, che comunque qualora servono quantità si possono spuntare prezzi onesti, ma per il fatto che bisognerebbe comprare tutto il materiale da nuovo, mentre con le piombo si recupera elettrolita e materie attive dalle batterie dismesse, il chè abbassa di parecchio il prezzo finale della realizzazione.

Ad ogni modo questa cella è interessante per la semplicità di realizzazione, nella sua forma a stratificazione per gravità, e per il fatto che si vede a occhio nudo le materie attive e la loro quantità, nel senso che vediamo formarsi ed alzarsi lo strato azzurro di solfato di rame in fase di ricarica e lo vediamo sbiadirsi e scomparire in fase di scarica, questo significa una facile intuizione dello stato di carica senza strumentazione o algoritmi software di monitoraggio, dall'altro canto, però, la sua tensione a vuoto molto stabile al valore di 1,08V la rende difficile da monitorare da un sistem automatico avvalendosi solo del valore di tensione....

Resta comunque interessante come accumulatore che non soffre di alcun effetto collaterale nello stato scarico, come per le nichel-ferro, e che apparentemente presenta una bassissima autoscarica se gli elettrodi sono alla distanza giusta, anche se non ho ancora quantificato con esattezza, credo che per un sistema se rio di accumulo si possa andare a spendere come le nichel-ferro nuove.
  
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max_linux2000
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #43 - 29.05.10 at 10:50:00
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CITAZIONE (max_linux2000 @ 28/5/2010, 00:24) Quote:
Ad una piombo/acido possiamo scaricarla a regime di C10 per farla durare a lungo... e quella di Daniell? Sarebbe troppo chiedere C5?

opss!! ho dimenticato uno "0", volevo dire C50 e non C5, scusassero
in realtà non avevo capito bene la scala di scarica delle batterie.

cmq keyosz, se mi dici che bisogna scaricarle a C100 per stare sicuri, non so se ne valga la pena, considerando il basso costo delle batterie del recupero auto, le quali hanno ancora buone prestazioni sufficenti per fare funzionare un'automobile.
Unito a quello che dice Ferro, mi sa che non ne vale la pena se non a livello sperimentale o poco più.

A meno che tu non predisponga di 48 bidoni da 200 litri per ottenere 48 volts a 400Ah = 19kW ma con spunto di soli 4 A (192 wattt)

ciao
MaX
  
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Keyosz
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Re:Pila Zinco-Rame
Reply #44 - 29.05.10 at 11:21:00
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Beh, tralasciando per un attimo l'eventuale costo, 200W costanti 24 ore su 24 sarebbero un aiuto non indifferente al banco primario al piombo per esempio durante 4 giorni di nuvolo scuro, limitando la scarica e solfatazione delle piombo primarie e poi lasciando le zinco-rame anche settimane in attesa di una ricarica sempre lenta e protratta nei 4 giorni imposti dal suo rate.

Concordo che vi sono altre strade più facili e sicure, non a caso sperimento con le materie attive delle batterie al piombo e ne ho accumulate una pigna di quelle usate in garage in attesa di trovare il metodo giusto e partire con una produzione in serie

Però dovete ammettere che siamo partiti dai libri di testo che la davano come pila primaria che quindi secondo quello che ci veniva insegnato non si poteva ricaricare, dalla pila a ponte salino che eroga micro-ampere e quindi non serve a niente per finire ad avere dei prototipi che erogano mezzo ampere e si ricaricano, con capacità di 5Ah, mi verrebbe volgia di prendere le false informazioni che circolano e metterle al rogo, altro che le povere streghe del medioevo!

Quindi questa sperimentazione insegna anche che è sempre meglio sperimentare e non fermarsi su quello che si legge o ci viene detto

Ahh dimenticavo, ho realizzato un altro prototipo di cella daniell, ottenendo una corrente di corto di 0,4-0,5A ed una capacità di circa 5Ah, realizzata con elettrodi di una retine fine di acciaio inox per provare a vedere se funziona e se si riesce ad impedire la corrosione completa dei due elettrodi nelle due fasi estreme di utilizzo (sovraccarica e scarica completa).

Il sistema sunziona bene per i primi 3-4 cicli poi sembra perdere prestazioni, non sò se è l'inox che crea una bariera chimica o galvanica con i metalli attivi o altro, perchè lo zinco si deposita, anche se in modo irregolare, ma il rame sembra avere difficolta a ridepositarsi sull'inox, boh... era una prova, la rifarò con i metalli puri agli elettrodi.

Elettrodo positivo (griglia inox) posizionato sul fondo e scioglimento dei cristalli di solfato di rame:


A soluzione satura di solfato di rame immergo un pezzo di zinco puro per consumare il soflato di rame depositando rame metallico in polvere sul fondo e trasformare la soluzione in solfato di zinco:


Processo concluso (ci sono voluti 2 giorni), si vede la soluzione trasparente e tutto il rame depositato sul fondo:


Posiziono l'elettrodo negativo nella parte alta della cella e aggiungo un pò d'acqua distillata per raggiungere il livello opportuno:


Cella dopo alcuni giorni di ricarica a 200mA, come potete vedere il solfato di zinco si è consumato depositando zinco metallico in modo irregolare sull'elettrodo superiore negativo e parte del rame sul fondo si è consumato rilasciando solfato di rame (blu) in soluzione nella parte bassa (il segreto per non rimescolare gli elettroliti stà nell'evitare che la tensione in fase di ricarica superi gli 1,4V in modo da evitare elettrolisi e formazione di bollicine):


Visuale da sopra delle'elltrodo negativo:


Corrente di corto a cella carica (che culo che valore preciso...., dopo 4 cicli di scarica e ricarica si era assestato su 0,44A):


Tensione a vuoto dopo circa 3 ore di corto:


Stato della cella scarica dopo 4 cicli quando inizia a rispondere male, ovvero quando la griglia inferiore non riassorbiva più il solfato di rame in fase di scarica:

  
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