Data Logger и батарея на основе алюминиевой банки.
Батарея на паре алюминий - углерод. Собираем и испытываем Data Logger.
Noritake Itron VFD Vacuum Fluorescent Display, LCD Compatible Design (HD44780), parallel interface, 20x2.
В данном случае, Data Logger общитывает алюминиево-углеродо-воздушную батарею.
Трудно сказать, что интереснее - Data Logger или батарея. Но перед тем, как делать измерения необходимо представлять как это работает. Поэтому, в начале, о батарее.
Идея утилизировать алюминиевые банки и получать из них электричество - не новая. Но очень привлекательная. Те более, что колличество пустых алюминиевых банок - приближается к бесконечности.
Батарея представляет собой алюминиевый (1) и угольный (3) электроды, разделенные ионообменной мембраной (2). Электролит 20% раствор поваренной соли.
* Алюминиевая банка (1) очищается от лака, которым покрыта в середине. В дополнение, в дне банки, делается отверстие (чем больше, тем лучше) для вывода продуктов реакции.
* Ионообменная мембрана (2) - из упаковочной бумаги. Должна промокать, но не пропускать воду.
* Углеродный электрод (3) - не важно какой, но должен быть пористый.
* Внешняя емкость - любая. Накапливает продукты реакции (на дне) и не дает электролиту растекаться.
Батарея собирается, как на рисунке ниже, и заливается 20% раствором NaCl.(соленой водой). При этом, угольный электрод должен остаться сухим, изнутри.
Для работы батареи необходим кислород, который поглощается пористым угольным электродом из воздуха. С другой стороны, растворяется алюминий и превращается в гидрооксид. На самом деле получается набор комплексных химических соединей, состав которых никому не интересен. Но в их состав входят алюминий, вода и натрий. Таким образом при работе батареи расходуестя все, кроме угольного электрода.
Если все собрано правильно, то после заливки батареи напряжение должно быстро подняться до 0.9V, как на фотографии ниже.
Для достижения макимального тока (тока короткого замыкания, в данном случае) необходимо дождаться, пока промокнет мембрана и выровнять уровень электролита внутри и снаружи. До момента начала работы мембраны, проходит около минуты.
*** На фотографиях напряжение без нагрузки и ток короткого замыкания батареи сразу после заливки электролитом. Текущая мощность ~ 80mW.
Такие батареи не рассчитаны на быстрый разряд. Они выдают мощность неделями, пока не растворится алюминиевая банка или не высохнет электролит (надо доливать воду два раза в неделю).
Сколько, такая батарея может произвести электричества?
Простое решение - нагрузить такую батарею резистором и измерять напряжение каждый час. Идея правильная, но тк батарея работает не меньше недели, то очень хлопотно. С Data Logger это делается просто и красиво.
На фотографии ниже два даталоггера работают паралельно. Один пишет напряжение на батарее (, контрольный, слева), второй (на базе MSP430G2553, вверху) оптимизирует нагрузку, и отправляет данные в Linux компьютер (справа), где они записываются в файл.
Так или иначе, через 13 часов мы имеем результат. На индикаторе отображаются: напряжение на батарее без нагрузки, напряжение под нагрузкой, текущий ток, который выдает батарея, текущую мощность (если точнее, то она в джоулях), суммарную мощность, которую уже выработала батарея, и секундомер до 60. Каждую минуту данные отправляются в компьютер.
На компьютере данные, аккуратно, складываются в файл (data_0001.txt). Это текстовый файл. Если его содержимое скопировать в Excel, то можно строить графики и наблюдать как работает батарея. На картинке ниже то, что получилось из этого файла.
*** Data Logger записывает напряжения на батарее и одновременно изменяет величину нагрузочного резистора, таким образом, что бы снять с батареи максимальную мощность.
Так или иначе, такая простая батарея - работает. По мере понижения концентрации кислорода, в пористом угольном электроде, напряжение на батарее падает. Позже, наступает равновесие между используемым и поглощаемым кислородом и напряжение стабилизируется. К примеру, если электрод вынуть и высушить (или заменить на запасной), то напряжение и вырабатываемая мощность снова повышаются.
С помощью Data Logger можно мониторить все, но значительно интереснее делать это с чем то реальным. Поэтому делаем светодиодный светильник на базе такой батареи и если он заработает, то будем мониторь его работу.
Дальше: простой светильник на базе алюминий - углерод батареи с солевым электролитом.
Так или иначе, такая простая батарея - работает. По мере понижения концентрации кислорода, в пористом угольном электроде, напряжение на батарее падает. Позже, наступает равновесие между используемым и поглощаемым кислородом и напряжение стабилизируется. К примеру, если электрод вынуть и высушить (или заменить на запасной), то напряжение и вырабатываемая мощность снова повышаются.
С помощью Data Logger можно мониторить все, но значительно интереснее делать это с чем то реальным. Поэтому делаем светодиодный светильник на базе такой батареи и если он заработает, то будем мониторь его работу.
Дальше: простой светильник на базе алюминий - углерод батареи с солевым электролитом.
_