Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.

[Sergi]

Buenas Schopen...

Aun no tengo datos concluyentes. Las pruebas de carga y descarga a 100mA ahora son realmente largas.
Además mi cargador de baterías electrónico, con el que calculo la capacidad, ha decidido que una batería de menos de 0,8v está defectuosa. He tenido que construir otra celda para doblar el voltaje y poderlo engañar.



Estoy haciendo pruebas también con electrodos de lámina de grafito en el positivo, comparando con el de espuma de grafito.

Tenia una duda...

Lo más sencillo y barato es usar rejilla barata de alambre cuadricular a la que le quitas el zinc bañándola en clorhídrico.

Aquí comentas que le quitabas el zinc a la rejilla de alambre con clorhídrico. Pero he leído otro mensaje en solarweb donde explicabas experiencias con batería de cloruro de zinc y cloruro de hierro. Dejo aquí el artículo que mencionas por si alguien lo quiere hojear.. https://iopscience.iop.org/article/10.1 ... 706jes/pdf

Me ha extrañado que menciones la necesidad de no contaminar el electrolito con zinc.

¿Por qué no continuaste con la mezcla de cloruro de zinc y cloruro de hierro... daba problemas? menor capacidad?

[Schopen]

Hola.
Lo mejor es que uses una carga electrónica así no tendrás que poner celdas en serie. No es muy cara y va muy bien, te saca las graficas y la configuras a la corriente de descarga que quieras hasta el voltaje que quieras. Te descarga hasta 0V. Yo uso esta:
EBD-USB carga electrónica QC2.0/3,0/MTK-PE
En cuanto al cloruro lo he encontrado a 5,5€ el litro, lo cual no vale la pena perder tiempo haciéndolo. El cloruro de amonio también muy barato y los ácidos cítrico y ascórbico tirados de precio además de usar poca cantidad. Productos químicos humildes y lo mejor nada tóxicos.
Probé la batería de flujo de cloruro de zinc y daba 1,57V en vacío con buena capacidad pero no ciclaba demasiado bien y como la de flujo de hierro solo usa un producto químico me he decantado por ella por su simplicidad.
El electrodo de fieltro de grafito sin duda, no te compliques, infinitamente mejor que la simple placa de grafito por su gran superficie, es la única cosa medio difícil de conseguir para esta batería y solo se va a usar en el electrodo positivo. Por ebay o aliespress muy barato de conseguír.
Sí, el zinc contaminaría esta celda en el sentido que ya no sería una celda de flujo de todo hierro, ya pasaríamos a una celda de flujo de zinc-hierro otra historia, pero yo prefiero que sea solo de hierro por su sencillez y por lo barato y montar muchas celdas en serie, para almacenar energía a lo bestia. El zinc tiene los problemas de siempre de crear dendritas y desprenderse del electrodo. Con el hierro
se forma una capa muy adherente que se disuelve y se vuelve a depositar con cada ciclo. Y esta celda se regenera perfectamente limpiándola y filtrando el electrolito y redisólviendo con clorhídrico.
Por cierto.
¿con que pegamento has pegado las semiceldas? barra termofusible? yo soy muy manioso con eso para que no haya fugas.
Saludos, espero con gran interés los datos de la descarga y sobre todo los datos de los Ah por litro.

[Sergi]

Buenas Schopen..

Muy interesante la carga electrónica. Sobretodo por las gráficas. Con el cargador de baterías que uso actualmente puedo medir bien la capacidad, voltajes, tiempo etc... pero no me genera gráficas de carga y descarga. Se pierde información muy valiosa sobre como se está comportando la celda.

La propuesta de usar electrolito compuesto no la descarto. La celda de FeCl3-FeCl2 pura tiene una tensión teórica de 0,7v. Son necesarias más de 30 celdas en serie para llegar a una tensión de trabajo de 24v. Aumentar la tensión de celda seria muy interesante para simplificar la construcción de una batería útil.

Si... uso la barra termofusible como aconsejaste... funciona muy bien y permite uniones herméticas de forma sencilla.

Sigo con los primeros ciclos de carga y descarga. Tremendamente largos. Pero es sin duda buena señal. El prototipo de batería con dos celdas lleva des del domingo pasado realizando cinco ciclos de carga y descarga, programados en el cargador de baterías electrónico. La carga se realiza a 300mA de intensidad constante y la descarga a 100mA.

En el actual ciclo de descarga lleva 2.200 minutos aportando 100mA de forma continuada. Más de 36 horas seguidas. Aun se mantiene en 1,14v y ya ha acumulado 3700 mAh. Con una tasa aproximada de 250 mAh cada centésima de voltio, calculo que llegará hasta los 7.000 mAh antes de parar a 1v (0,5v por celda) y volver a cargar. Con medio litro de electrolito en cada semicelda. Se aproxima mucho al nivel teórico por litro predicho por Schopen.

Hay que tener en cuenta también varios factores:

La concentración del electrolito es baja. Inferior al 25% en cualquier caso, dado que el salfuman comercial tiene esa concentración en ácido clorhídrico. Seguramente mucho menor al 25%, ya que cada molécula de FeCL3 necesita tres moléculas de HCl para formarse.

El prototipo solo tiene electrodo de grafito poroso en una de las semiceldas positivas, la otra tiene una placa de grafito. No tenia más. Se nota mucho la diferencia. He encargado más fieltro de grafito pero tardará unos días.

Los ciclos de descarga duran varios días enteros, acumulándose también la posible autodescarga de la celda.

Estoy aprovechando el tiempo de espera, de esta primera tanda de descarga a 100mA, para construir un prototipo más robusto. Para hacer pruebas reales de electrolito en flujo.

Saludos

[Schopen]

Genial!
¿Que tal están aguantando las bolsas de inox? El Ph de la celda creo que está en torno a dos o tres, esto podría afectarlo.
¿Has visto si se ha formado algún precipitado de hidróxidos? Sobre todo en la semi-celda negativa.
No se si podrán cargar hasta más de 2V. Si se utiliza una tensión demasiado alta la celda descompone el cloruro y se forma cloro, a mi me ha pasado con mas de 3V pero no sé donde está el límite.
Tampoco sabemos como afectará una descarga por debajo de 0,5V, tal vez se formen hidróxidos y precipiten.

Con una centésima de caída de tensión por cada 250 mAh creo que puedes probar a descargar a mayor corriente 200 mA o 500 mA.
Con los 30 cm2 que tienes te sale una densidad de descarga de 3,3 mA/cm2, en el paper llegan incluso a 100 mA/cm2 luego se tiene que poder sacar más.

Saludos

[Sergi]

Buenas Schopen...

De momento el electrodo negativo de inox y lana de acero aguanta bien. Cuando acabe la serie de carga y descarga lo desmontaré para inspeccionarlo en detalle y ver el desgaste.

No se aprecia que se forme hidròxido. He notado que la coloración del electrolito en la semicelda negativa se ha tornado en verde oscuro.

La carga la realizo hasta 1,2v y la descarga hasta los 0,5v por celda. Ahora está en el segundo ciclo de descarga a 100ma. lleva una semana y dos días para cargar - descargar - cargar - y volver a descargar. De momento sigue los pasos del primer ciclo de descarga sin perdidas. Sobre los 250mAh cada centésima de voltio (sumadas la dos celdas en serie). En cada celda hay 1 litro de electrolito.


Cuando acabe este ciclo de descarga programaré otra serie de ciclos a mayor amperaje. Pero quería repetir el primer ciclo para verificar los datos y tener una base de referencia.

Mientras tanto sigo construyendo el prototipo de celda de flujo. Lo estoy realizando con los materiales que tenia por ahí. Pero intentando que sea robusto, versátil, y completamente desmontable. La idea es hacer diversas pruebas antes de fijar los parámetros básicos de diseño de una celda definitiva y replicable. Os paso algunas fotos.



La cavidad de la semicelda positiva. Las barras centrales son de grafito (de pilas carbón-zinc) encajadas a presión en el polietileno, como pasamuros, para conectar el electrodo de espuma de grafito.



Una celda completa montada, con el compartimento positivo y negativo. El pasamuros de conexión de la semicelda negativa es un tornillo de inox.
Falta montar la membrana microporosa en el marco rojo que separa las dos cavidades.



Todo el montaje presentado con la placa de cierre final en metraquilato de 1cm. También se aprecian las espigas de conexión de los tubos para el flujo del electrolito.



En esta última foto se ve la bomba peristáltica que usaré en las pruebas. Es lo que encontré entre la chatarra que tengo. Consume demasiado como para hacer viable una saldo energético en este montaje. Pero para identificar los parámetros de funcionamiento ya servirá.

[alberttoy]

Estoy esperando que me llegue la espuma de grafito

Supongo que la reacción, al cargar, produce que se reduzca el hierro3 a hierro2
Entonces se genera cloruro ferroso en el lado negativo y el Cl- migra por la membrana acidificando el lado del grafito.
Es así??

¿La idea de la bomba es almacenar el electrolito cargado? ¿no serian 2 bombas?

[Sergi]

Según entiendo yo (si no ya me corregirá Schopen);

En la semicelda positiva se produce en la carga la oxidación de Fe2+ a fe3+ mediante la siguiente reacción:

FeCl2 > carga > FeCl3 + e-

En la descarga de produce la reacción inversa de reducción con un potencial de reducción de +0,77v.

En la semicelda negativa, en la carga se reduce el cloruro de hierro II a hierro electrolítico pasando los -Cl a la celda positiva a través de la membrana porosa:


Fe2Cl +2e > carga > Fe + 2Cl-

En la descarga se disuelve nuevamente el hierro formando cloruro ferroso.

Si, es necesario una bomba en cada semicelda, pero no para almacenar el electrolito cargado. Más bien para hacerlo recircular des de los depositos. Pero falta ver si se puede sectorizar eléctricamente el circuito hidráulico y utilizar la misma bomba para impulsar el electrolito en las diversas celdas en serie.

[Sergi]

Malas noticias....



finalizó abruptamente uno de los ciclos de descarga y comprobé los electrodos de Fe. Estaban completamente descompuestos. De uno de ellos no quedaba nada hasta la altura del electrolito. el otro le quedaba muy poco.

Entiendo que el electrolito tiene aun demasiado ácido clorhídrico. Con la esperanza de llegar al punto de saturación de Fe y que se detenga la descomposición he preparado un nuevo electrodo y continuo con los ciclos de carga y descarga. Pero también he encargado cloruro férrico comercial al 40%. para comparar los efectos.

Schopen... he encontrado un atienda en Valencia que tienen FeCl3 a apenas 1,5€ el litro... los portes son caros. Pero igual te interesa si lo vas a buscar directamente.
https://www.arquimi.com/p2850543-clorur ... co-40.html

[Sergi]

Sigo peleando con los electrodos negativos...

Ya van tres series de electrodos consumidos completamente por el electrolito. La lana de hierro simplemente se disuelve y no tiene pinta que el electrolito quiera saturarse. La malla de acero inoxidable aguanta mientras dentro queda lana de hierro que consumir. Pero si se queda solo el inox también se disuelve.

El efecto se ha agudizado mucho al trabajar con corrientes de 300mA en descarga y 400 mA en carga.

Llegó el FeCl3 comercial al 40%. Comparado con el electrolito que usaba hasta ahora parece bastante más denso.




De izquierda a derecha el electrolito actual del baso negativo, el electrolito del baso positivo y el FeCl3 comercial al 40%

En el baso negativo de aprecia la coloración verdosa propia del FeCl2.
En el positivo de concentra el FeCl3 por la carga.
El cloruro comercial es FeCl3 bastante reactivo... por la concentración supongo. También reacciona y disuelve la lana de acero si la mojas en el, o polvo de hierro, hasta cierto punto. Después de un rato de reacción exotèrmica para y parece que se equilibra.

También ha llegado la espuma de grafito de 1cm de grosor. He preparado electrodos de grafito para el baso negativo de la batería y estoy haciendo algunas pruebas de eficiencia... ya os contaré.

[Sergi]

Sigo peleando con los electrodos negativos...

Ya van tres series de electrodos consumidos completamente por el electrolito. La lana de hierro simplemente se disuelve y no tiene pinta que el electrolito quiera saturarse. La malla de acero inoxidable aguanta mientras queda lana de hierro que consumir. Pero si se queda solo el inox también se disuelve.

El efecto se ha agudizado mucho al trabajar con corrientes de 300mA en descarga y 400 mA en carga.

Llegó el FeCl3 comercial al 40%. Comparado con el electrolito que usaba hasta ahora parece bastante más denso.




De izquierda a derecha el electrolito actual del vaso negativo, el electrolito del vaso positivo y el FeCl3 comercial al 40%

En el vaso negativo se aprecia la coloración verdosa propia del FeCl2.
En el positivo se concentra el FeCl3 por la carga.
El cloruro comercial es FeCl3 bastante reactivo... por la concentración supongo. También reacciona y disuelve la lana de acero si la mojas en él, o polvo de hierro, hasta cierto punto. Después de un rato de reacción exotérmica para y parece que se equilibra.

También ha llegado la espuma de grafito de 1cm de grosor. He preparado electrodos de grafito para el vaso negativo de la batería y estoy haciendo algunas pruebas de eficiencia... ya os contaré.