Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Por cierto sergi el mejor separador q he probado en las celdas es el que hay en cualquier batería de coche. Son los separadores de plástico microporosos donde van las placas. Abre una batería vieja y pruébalos. Además se pegan perfectamente con la cola termofudible de barrita. Esta cola nunca ha sido afectada químicamente en todas las celdas que he probado. Van genial. Saludos
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Sergi
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Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Buenas Schopen...Schopen escribió: ↑Lun Ene 23, 2023 9:39 pm En la celda de cloruro, el hierro se deposita en el electrodo negativo en la carga y se disuelve en la descarga
La autodescarga no es muy alta y depende de la membrana de separación. Se resuelve completamente si colocamos una membrana de intercambio aniónico (que solo pasen lo iones Cl-) esto permite que cargada se mantengan separados los iones Fe3+ en el lado positivo y lo iones Fe2+ en el negativo.
Muy interesante la batería de flujo de cloruro de hierro... Realmente es interesante por la capacidad energética que has conseguido. Muy superior a todas las pruebas que he realizado hasta ahora.
Respecto a la configuración: Entiendo que los dos compartimentos contienen disolución de cloruro de hierro III (Tricloruro de hierro)... cierto?
Respecto a la intensidad máxima que aportan los electrodos depende exclusivamente de su superficie de contacto?
Has comprobado como influye la superficie de la membrana de separación en la intensidad que aporta la batería? Por lo que he visto las membranas de intercambio aniónicas son bastante caras.
"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
Cecil Thousan
Cecil Thousan
Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Hola.
Yo comienzo con disolución a pelo de cloruro de hierro III en los dos compartimentos y después cargo hasta los 2V antes de descargar. Usas una carga electrónica? van muy bien y son baratas.
Según el paper que consulté los científicos empezaban con cloruro de hierro II en el compartimento positivo y cloruro de hierro III en el negativo, pero esto da igual porque al ciclar la batería se balancea solita. De hecho cuando está muy descargada el compartimento positivo está con una coloración verdosa (preponderancia de iones Fe2+) y el negativo marrón oscuro. No lo he probado pero por lo leído añadir cloruro de amonio mejora la conductividad del electrolito y añadir acido ascórbico o ácido cítrico mejora mucho la prevención del precipitados de hidróxidos de hierro.
También añadir un poco de cloruro de indio ( 0,2 mM ) u oxicloruro de bismuto mejora mucho la eficiencia de carga. Todo esto está por probar y te animo a que pruebes, yo en cuanto disponga de tiempo.
Cuando me ha pasado que se han formado precipitados de hidróxido de hierro he hecho dos cosas:
1) Lavar la celda y añadir electrolito nuevo y la celda como nueva o,
2) Añadir HCl y redisolver el electrolito y la celda de vuelta a la vida perfecta.
Si, la superficie de los electrodos influye mucho, de hecho probé un proto con solo una placa lisa de grafito y después con fieltro de grafitos y el cambio fue espectacular tanto en corriente como en resistencia interna de la celda y capacidad.
En cuanto a las membranas de intercambio está fuera de mi alcance aunque seguro que me da la vena más adelante y compro alguna, pero de momento la celda va muy bien con solo el separador microporoso.
Las celdas con electrolito orgánico (libre de agua) ya probé algunas con resultados regulares usando cloruro de aluminio disuelto en carbonato de propileno pero conseguía disolver muy poca cantidad y la conductividad iónica era baja. Si te interesa te paso por privado
donde conseguí el carbonado de propileno.
La superficie del electrodo influye y en esta batería no se pueden montar sandwiches de positivas y negativas como en una celda normal
ya que tienen que estar separados los dos electrolitos.
En fin se pueden probar millones de cosas, también tengo pendiente usar cloruro de alumino fundido ( 192ºC ) para una batería de alumino o también usar tiosulfato de sodio fundido como electrolito ( 48ºC )
Por lo visto el agua limita mucho las baterías, ya que se produce la llamada evolución del hidrógeno que es básicamente que a partir
de determinada tensión de carga la mayor parte de la energía se desperdicia en descomponer el agua del electrolito en hidrógeno y no se consigue cargar el electrodo negativo (no uso ni cátodo ni ánodo porque me lio siempre y cambian si es batería o electrolisis) etc etc
no me quiero enrrollar demasiado.
Te recomiendo celdas pequeñas con poca materia activa para no desperdiciar ya que lo importante es calcular con precisión
la relación mAh/g para ver el rendimiento.
Un abrazo
Yo comienzo con disolución a pelo de cloruro de hierro III en los dos compartimentos y después cargo hasta los 2V antes de descargar. Usas una carga electrónica? van muy bien y son baratas.
Según el paper que consulté los científicos empezaban con cloruro de hierro II en el compartimento positivo y cloruro de hierro III en el negativo, pero esto da igual porque al ciclar la batería se balancea solita. De hecho cuando está muy descargada el compartimento positivo está con una coloración verdosa (preponderancia de iones Fe2+) y el negativo marrón oscuro. No lo he probado pero por lo leído añadir cloruro de amonio mejora la conductividad del electrolito y añadir acido ascórbico o ácido cítrico mejora mucho la prevención del precipitados de hidróxidos de hierro.
También añadir un poco de cloruro de indio ( 0,2 mM ) u oxicloruro de bismuto mejora mucho la eficiencia de carga. Todo esto está por probar y te animo a que pruebes, yo en cuanto disponga de tiempo.
Cuando me ha pasado que se han formado precipitados de hidróxido de hierro he hecho dos cosas:
1) Lavar la celda y añadir electrolito nuevo y la celda como nueva o,
2) Añadir HCl y redisolver el electrolito y la celda de vuelta a la vida perfecta.
Si, la superficie de los electrodos influye mucho, de hecho probé un proto con solo una placa lisa de grafito y después con fieltro de grafitos y el cambio fue espectacular tanto en corriente como en resistencia interna de la celda y capacidad.
En cuanto a las membranas de intercambio está fuera de mi alcance aunque seguro que me da la vena más adelante y compro alguna, pero de momento la celda va muy bien con solo el separador microporoso.
Las celdas con electrolito orgánico (libre de agua) ya probé algunas con resultados regulares usando cloruro de aluminio disuelto en carbonato de propileno pero conseguía disolver muy poca cantidad y la conductividad iónica era baja. Si te interesa te paso por privado
donde conseguí el carbonado de propileno.
La superficie del electrodo influye y en esta batería no se pueden montar sandwiches de positivas y negativas como en una celda normal
ya que tienen que estar separados los dos electrolitos.
En fin se pueden probar millones de cosas, también tengo pendiente usar cloruro de alumino fundido ( 192ºC ) para una batería de alumino o también usar tiosulfato de sodio fundido como electrolito ( 48ºC )
Por lo visto el agua limita mucho las baterías, ya que se produce la llamada evolución del hidrógeno que es básicamente que a partir
de determinada tensión de carga la mayor parte de la energía se desperdicia en descomponer el agua del electrolito en hidrógeno y no se consigue cargar el electrodo negativo (no uso ni cátodo ni ánodo porque me lio siempre y cambian si es batería o electrolisis) etc etc
no me quiero enrrollar demasiado.
Te recomiendo celdas pequeñas con poca materia activa para no desperdiciar ya que lo importante es calcular con precisión
la relación mAh/g para ver el rendimiento.
Un abrazo
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Sergi
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Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Fantástica aportación Schopen!!... Compartir y aprender de la experiencia y conocimiento de los compañeros del foro es lo que hace grande e imprescindible este sitio.
En cuanto tenga un rato construiré un prototipo con tus indicaciones.
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Cecil Thousan
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maca
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Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Un trabajo fin de master de Ana Barbon , muy interesante sobre estos temas
https://digibuo.uniovi.es/dspace/bitstr ... sequence=3
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Sergi
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Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Buenas...
Acabadas las pruebas con la batería Manganeso - Hierro os paso conclusiones:
Tras varios ciclos de trabajo a diferentes concentraciones de electrolito KOH los resultados han sido los siguientes.
La configuración que he utilizado para la serie de pruebas es, dos electrodos en paralelo con 50g de MnO2 embutidos en un sobre de maya de inox de 10x10 cm para el polo positivo y tres electrodos de lana de acero embutida en sendos sobres de maya de inox de 10x10 cm para el polo negativo. Electrolito alcalino de KOH.
- 5 gramos de KOH en 700ml de H2O, se han conseguido hasta 14mAh con una tasa de descarga de 100mA.
- 10 gramos de KOH en 700ml de H2O, se han conseguido hasta 24mAh con una tasa de descarga de 100mA.
- 15 gramos de KOH en 700ml de H2O, se han conseguido hasta 15mAh con una tasa de descarga de 100mA.
Con los ciclos de carga y descarga ha perdiendo efectividad. Después de 25 ciclos solo conseguía 5mAh. Tampoco se si los peores resultados, con mayor concentración de KOH, se deben a que empeora la efectividad de la batería con la densidad del electrolito, o a que los electrodos acumulan desgaste y se disuelven. Tendría que hacer las pruebas con electrodos nuevos en cada prueba a diferente densidad para verificar este detalle. El electrolito presenta un aspecto muy sucio por la degradación de los electrodos. Tras un día de descanso se mantiene a 0,72v y 150mA puntuales en cortocircuito.
Pese a conseguir tasa de capacidad energética mucho mayor que con otras configuraciones, finalmente también la descarto por su poca vida, alto nivel de autodescarga y falta de aplicación práctica a gran escala.
Batería de fluyo FeCl3
Siguiendo los pasos de Schopen he construido un prototipo de batería de flujo de cloruro de hierro. Realmente un lujo ir a hombros de gigante.
Preparé el electrolito (cloruro de hierro III) a partir de ácido clorhídrico (salfuman) y hierro oxidado, mediante la siguiente reacción:
Fe2O3 + 6HCl > 2FeCl3 + 3H2O
También lo podía haber comprado, pero tenia los componentes a mano y es mucho más barato.
Los electrodos son: lana de acero embutida en malla de inox para el negativo y un trozo de esponja de grafito de 20x30cm enrollada para el positivo.
Siguiendo los consejos de schopen la membrana de transferencia está hecha con el separador de las placas positivas de una batería de plomo-ácido vieja.
Aquí todo el conjunto montado, batería cargada con un litro de electrolito.
El nivel de electrolito apenas tiene 9 cm de altura en cada vaso y la superficie efectiva (sumergida) de la membrana es de unos 30cm2. Los electrodos también están sumergidos unos 9 cm.
Sin cargar ya ha suministrado 0,69v y una intensidad en cortocircuito de 250mA. He notado una gran capacidad para mantener esta descarga de forma continuada durante minutos sin merma aparente de intensidad.
Sometida a una carga de 2v asumía hasta 1,5A. He notado diferencia, entre mantener los electrodos junto a la membrana o separarlos unos 7 cm de la membrana (al lado opuesto de los vasos). En el primer caso la carga a 2v se realizaba a 1,5A. Alejando los dos electrodos de la membrana a 7cm de distancia respectivamente, la tasa de carga bajaba a 1A.
Después de apenas 20 minutos, cargando a 2v, ha aumentado el voltaje en vació a 0,82v y 450mA en cortocircuito.
La he dejado sometida a ciclos de carga y descarga para medir su capacidad energética. Mientras tanto he dejado macerando más ácido con hierro para acabar de llenar los compartimentos y comprobar como afecta la superficie de electrodo y de membrana en contacto con el electrolito.
En cuanto pueda actualizo datos.
Acabadas las pruebas con la batería Manganeso - Hierro os paso conclusiones:
Tras varios ciclos de trabajo a diferentes concentraciones de electrolito KOH los resultados han sido los siguientes.
La configuración que he utilizado para la serie de pruebas es, dos electrodos en paralelo con 50g de MnO2 embutidos en un sobre de maya de inox de 10x10 cm para el polo positivo y tres electrodos de lana de acero embutida en sendos sobres de maya de inox de 10x10 cm para el polo negativo. Electrolito alcalino de KOH.
- 5 gramos de KOH en 700ml de H2O, se han conseguido hasta 14mAh con una tasa de descarga de 100mA.
- 10 gramos de KOH en 700ml de H2O, se han conseguido hasta 24mAh con una tasa de descarga de 100mA.
- 15 gramos de KOH en 700ml de H2O, se han conseguido hasta 15mAh con una tasa de descarga de 100mA.
Con los ciclos de carga y descarga ha perdiendo efectividad. Después de 25 ciclos solo conseguía 5mAh. Tampoco se si los peores resultados, con mayor concentración de KOH, se deben a que empeora la efectividad de la batería con la densidad del electrolito, o a que los electrodos acumulan desgaste y se disuelven. Tendría que hacer las pruebas con electrodos nuevos en cada prueba a diferente densidad para verificar este detalle. El electrolito presenta un aspecto muy sucio por la degradación de los electrodos. Tras un día de descanso se mantiene a 0,72v y 150mA puntuales en cortocircuito.
Pese a conseguir tasa de capacidad energética mucho mayor que con otras configuraciones, finalmente también la descarto por su poca vida, alto nivel de autodescarga y falta de aplicación práctica a gran escala.
Batería de fluyo FeCl3
Siguiendo los pasos de Schopen he construido un prototipo de batería de flujo de cloruro de hierro. Realmente un lujo ir a hombros de gigante.
Preparé el electrolito (cloruro de hierro III) a partir de ácido clorhídrico (salfuman) y hierro oxidado, mediante la siguiente reacción:
Fe2O3 + 6HCl > 2FeCl3 + 3H2O
También lo podía haber comprado, pero tenia los componentes a mano y es mucho más barato.
Los electrodos son: lana de acero embutida en malla de inox para el negativo y un trozo de esponja de grafito de 20x30cm enrollada para el positivo.
Siguiendo los consejos de schopen la membrana de transferencia está hecha con el separador de las placas positivas de una batería de plomo-ácido vieja.
Aquí todo el conjunto montado, batería cargada con un litro de electrolito.
El nivel de electrolito apenas tiene 9 cm de altura en cada vaso y la superficie efectiva (sumergida) de la membrana es de unos 30cm2. Los electrodos también están sumergidos unos 9 cm.
Sin cargar ya ha suministrado 0,69v y una intensidad en cortocircuito de 250mA. He notado una gran capacidad para mantener esta descarga de forma continuada durante minutos sin merma aparente de intensidad.
Sometida a una carga de 2v asumía hasta 1,5A. He notado diferencia, entre mantener los electrodos junto a la membrana o separarlos unos 7 cm de la membrana (al lado opuesto de los vasos). En el primer caso la carga a 2v se realizaba a 1,5A. Alejando los dos electrodos de la membrana a 7cm de distancia respectivamente, la tasa de carga bajaba a 1A.
Después de apenas 20 minutos, cargando a 2v, ha aumentado el voltaje en vació a 0,82v y 450mA en cortocircuito.
La he dejado sometida a ciclos de carga y descarga para medir su capacidad energética. Mientras tanto he dejado macerando más ácido con hierro para acabar de llenar los compartimentos y comprobar como afecta la superficie de electrodo y de membrana en contacto con el electrolito.
En cuanto pueda actualizo datos.
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Cecil Thousan
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Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Excelente trabajo Sergi! Un hacedor vale más que mil teóricos o literatos jj.
Lo único que no se que pasara con la malla de inox que tiene cromo y níquel y no se si el inox contaminará la disolución ya que el cloruro de hierro es super corrosivo. Lo más sencillo y barato es usar rejilla barata de alambre cuadricular a la que le quitas el zinc bañándola en clorhídrico. En esta celda el electrodo negativo es de risa por su simplicidad!
Otra idea que quiero probar es cargar la celda a tope y luego sacar los líquidos y guardarlos herméticos que no les entre aire y añadir más electrolito y cargarlo a tope, después descargar y cuando se haya descargado por completo cambiar los líquidos guardados y ver si se tiene la celda completamente cargada en un periquete y de esta forma la capacidad estaría en función solo de la cantidad de líquido y sería como llenar un depósito de gasolina.
Con 30 cm2 puedes descargar a corriente constante de 200 mA tranquilamente y seguramente podrá durar más de 15 h o más a ese régimen ya que veo que tienes un buen reservorio de electrolito. Yo con 15 cm2 de electrodo descargaba a 100 mA cte hasta 0,5 V en 16h.
¿Cuántos cm3 de electrolito tienes? si tienes cerca del medio litro debería poder llegar a 6 u 7 Ah.
¿Cargas a tensión constante o a corriente constante? Lo mejor es a corriente constante, la tensión va subiendo linealmente y cuando llegas a 2V paras la carga, las descargas también a corriente constante.
¿Que concentración tienes de cloruro de hierro? Se recomienda concentraciones altas 3M. Baja resistencia interna y alta corriente de descarga.
¿Has añadido cloruro de amonio, y ácido cítrico? Esto mejorará el ciclado mucho. Mas adelante verás precipitados de hidróxido en el electrolito negativo aunque me imagino que tendrás un ph muy bajo debido al exceso de HCl que tendrás de la síntesis del cloruro.
Otra forma de obtenerlo es meter dos barras de hierro en ácido clorhídrico y electrolizarlo. También disolviendo óxido de hierro sintético rojo Fe203 ( 2 o tres euros el kilo ).
Saludos.
Lo único que no se que pasara con la malla de inox que tiene cromo y níquel y no se si el inox contaminará la disolución ya que el cloruro de hierro es super corrosivo. Lo más sencillo y barato es usar rejilla barata de alambre cuadricular a la que le quitas el zinc bañándola en clorhídrico. En esta celda el electrodo negativo es de risa por su simplicidad!
Otra idea que quiero probar es cargar la celda a tope y luego sacar los líquidos y guardarlos herméticos que no les entre aire y añadir más electrolito y cargarlo a tope, después descargar y cuando se haya descargado por completo cambiar los líquidos guardados y ver si se tiene la celda completamente cargada en un periquete y de esta forma la capacidad estaría en función solo de la cantidad de líquido y sería como llenar un depósito de gasolina.
Con 30 cm2 puedes descargar a corriente constante de 200 mA tranquilamente y seguramente podrá durar más de 15 h o más a ese régimen ya que veo que tienes un buen reservorio de electrolito. Yo con 15 cm2 de electrodo descargaba a 100 mA cte hasta 0,5 V en 16h.
¿Cuántos cm3 de electrolito tienes? si tienes cerca del medio litro debería poder llegar a 6 u 7 Ah.
¿Cargas a tensión constante o a corriente constante? Lo mejor es a corriente constante, la tensión va subiendo linealmente y cuando llegas a 2V paras la carga, las descargas también a corriente constante.
¿Que concentración tienes de cloruro de hierro? Se recomienda concentraciones altas 3M. Baja resistencia interna y alta corriente de descarga.
¿Has añadido cloruro de amonio, y ácido cítrico? Esto mejorará el ciclado mucho. Mas adelante verás precipitados de hidróxido en el electrolito negativo aunque me imagino que tendrás un ph muy bajo debido al exceso de HCl que tendrás de la síntesis del cloruro.
Otra forma de obtenerlo es meter dos barras de hierro en ácido clorhídrico y electrolizarlo. También disolviendo óxido de hierro sintético rojo Fe203 ( 2 o tres euros el kilo ).
Saludos.
Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
Leo lo que leo o son mis ojos noctámbulos; dos trozos de hierro en clorhídrico, y a cargar; como sea cierto, me veo fabricando baterías...Otra forma de obtenerlo es meter dos barras de hierro en ácido clorhídrico y electrolizarlo..
Saludos.
Cielo azul sobre campo de mieses, ánimo.
Constitución Española:
Todos los españoles tienen el deber de trabajar y el derecho al trabajo.
Todos los españoles tienen derecho a disfrutar de una vivienda digna y adecuada.
Constitución Española:
Todos los españoles tienen el deber de trabajar y el derecho al trabajo.
Todos los españoles tienen derecho a disfrutar de una vivienda digna y adecuada.
Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
jjjj no rovellat te has confundido...
Dos trozos de hierro en clorhidrico para producir cloruro de hierro III no para hacer la batería.
Dos trozos de hierro en clorhidrico para producir cloruro de hierro III no para hacer la batería.
Re: Bateria alcalina recargable Cobre Hierro.
No, si ya me extrañaba que fuese tan fácil.
Saludos.
Saludos.
Cielo azul sobre campo de mieses, ánimo.
Constitución Española:
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