Daniellin pari pitkäaikaiseen sähkön varastointiin?

[viivelinja]

Voisikohan niinkin yksinkertaista ja vanhaa keksintöä, kuin Daniellin paria käyttää sähkön pitkäaikaiseen varastointiin? NurdRagen Youtube-kanavalla on rakennettu tällainen, kohtuullisen virran tuottava kokeellinen pari, mikä käyttää suolasillan sijasta painovoimaa elektrolyyttiliosten pitämiseen erillään (eri tiheydet, kuparisulfaatti pohjalla, sinkkisulfaatti päällimmäisenä). Virran tuottoa on myös helppo lisätä videolla kerrotuilla tekniikoilla. Koska Daniellin parissa sinkki liukenee elektrolyyttiin, ei passivoivasta kerroksesta elektrodien pinnalla tule ongelmaa, kun uutta sinkkiä paljastuu koko ajan. 65 g sinkkiä tuottaa noin 213 kJ, kilo sinkkiä siis tekee noin 910 Wh. Tarkoittanee, että systeemi tulisi viemään melko paljon tilaa liuoksineen. Sinkin mahdollisesta spontaanista hapettumisesta syntyvän vedynkin voisi ehkä käyttää hyödyksi (vety on räjähdysvaarallista). Suodatettuna sen voisi ehkä käyttää jopa polttokennossa.

Yksi tätä muistuttava virtausakun ja tavallisen akun hybridi on sinkkibromidiakku, joita saa kaupallisina. En tiedä hintaa per kWh, mutta pitäisi kestää hyvin syklejä, on täysin purettavissa (100 % DoD ilman vahinkoa) ja voidaan myös kierrättää.

Gravity cell:

Liuokset ja elektrodit voi säilyttää hyllyssä/erillisessä astiassa ja käyttää sitä mukaa, kun virtaa tarvitsee. Kesällä sitten voi paneelisähköllä regeneroida elektrodit (sinkkisulfaattiliuos -> metallinen sinkki) ja liuokset (metallinen kupari -> kuparisulfaattiliuos tai kiteitä), kyseiseltä kanavalta löytyy myös tähän ohjeet.

Sinkki takaisin metalliseen muotoon happoliuoksesta (kanavalla on myös vastaava menetelmä alkaliliuoksella):

Kuparisulfaatin valmistus, videolla on myös elektrolyyttinen menetelmä:

Osaako joku mahdollisesti kemiaa tunteva sanoa, mitä ongelmia voi tulla/tulee vastaan jos tällaista meinaisi kokeilla? Ei varmaan kovin halpaa varastoitu sähkö olisi?

Tuossa on myös melko hyvä virrananti elektrodien pinta-alaan nähden. Pinta-alaa lisäämällä saa lisää virtaa:

Jos kokeilemaan joku alkaa, niin omalla vastuulla. Ei nämäkään kemikaalit mitään turvallisimpia kuitenkaan ole. Itse en ole (ainakaan lähiaikoina) kokeilemassa, joten tämä oli vain idea, jonka toteutuskelpoisuutta voidaan arvioida.


Tuota kalkkikivi-energiavarastoa tuli nyt kokeiltua, lämpöä syntyi kyllä, muttei lähimainkaan niin paljoa kuin oletin. Tosin saattoi olla, etten lämmittänyt kiveä tarpeeksi. Testin tein yksinkertaisesti kaatamalla vettä lämmitetyn (kalsinoidun) massan päälle, kun se oli jäähtynyt. Voi olla, että teen jossain kohtaa uusia kokeita.

 

[Savonius]

Tuo on aivan loistava havainto. Kun joka kodin varusteisiin kuitenkin kuuluu polttokenno ja ilmaista sinkkiä on keittiökaapit pullollaan. Ei muuta kun ottaa vedyn mukaansa ja vie sen polttokennolle ja hups ilmaista sähköä on nurkat pullollaan

 

[kotte]

Tuo daniel-pari sitten toimii parhaiten aivan tasaisesti kuormitettuna, eli esimerkiksi osana signalointiin käytettyä virtasilmukkaa, mihin laite joskus vajaa 200 vuotta sitten kehitettiinkin. Eli esimerkiksi aurinkopaneeleiden tuoton tasaamiseen ei sovi järin hyvin.

Tuolla on sellainen ominaisuus, että jos tehoa ei käytetä, kuparisulfaattikerros nousee ja aiheuttaa oikosulun ja teho sitten kuluu siinä. Laite ei sinällään vioitu, mutta huoltotarve pysyy ennallaan, vaikka tuotantoa ei käytetä. Tuonnehan kertyy ajan myötä kiteistä sinkkisulfaattia, jota pitää poistaa ja kulunut sulfaatti sitten korvata (uudella kuparisulfaatilla). Aikaa myöten pohjaelektrodille myös kertyy yhä lisää kuparijauhoa.

Ihan vastaavia itsestään polarisaation purkavia paristoja (ja jopa ladattavia, kun lisää rakennelmaan ioninvaihtokalvoja) voi rakennella raudan pohjalta (ferri-/ferrokloridi, positiivinen hiilielektrodi ja negatiivinen rautaelektrodi), mutta jännite on edellistäkin alhaisempi per kenno (Danielin kennolla jännite on voltin luokkaa).

 

[viivelinja]

Tuo on aivan loistava havainto. Kun joka kodin varusteisiin kuitenkin kuuluu polttokenno ja ilmaista sinkkiä on keittiökaapit pullollaan. Ei muuta kun ottaa vedyn mukaansa ja vie sen polttokennolle ja hups ilmaista sähköä on nurkat pullollaan

"Ilmaista" sinkkiä löytyy täältä ainakin kilokaupalla galvanoitujen esineiden pinnalta. Lieneekö riittävän puhdasta ja sisältääkö myrkkyjä, en tiedä. Mutta ei ne minkään akun levymateriaalit ole täysin ilmaisia.

Tuo sinkin kierrätys happoliuoksesta vaatii tosin kalliin platinaelektrodin.

Kuparisulfaattia voinee valmistaa itse hapotettaviin lyijyakkuihin myytävän akkuhapon avulla, konsentraatioiden kanssa joutuu pelaamaan.

Tuo polttokenno on kyllä aika turha, kenno tuskin tuottaa siinä määrin vetyä, että kannattaisi hyödyntää. Joskus galvaanisesti syntynyt vety tosin pääsee näköjään yllättämään: https://www.phpela.fi/tukes-helsingin-kaupunginteatterilla-tapahtuneen-onnettomuuden-syyna-oli-vetyrajahdys/

 

[viivelinja]

Tuo daniel-pari sitten toimii parhaiten aivan tasaisesti kuormitettuna, eli esimerkiksi osana signalointiin käytettyä virtasilmukkaa, mihin laite joskus vajaa 200 vuotta sitten kehitettiinkin. Eli esimerkiksi aurinkopaneeleiden tuoton tasaamiseen ei sovi järin hyvin.

Tuolla on sellainen ominaisuus, että jos tehoa ei käytetä, kuparisulfaattikerros nousee ja aiheuttaa oikosulun ja teho sitten kuluu siinä. Laite ei sinällään vioitu, mutta huoltotarve pysyy ennallaan, vaikka tuotantoa ei käytetä. Tuonnehan kertyy ajan myötä kiteistä sinkkisulfaattia, jota pitää poistaa ja kulunut sulfaatti sitten korvata (uudella kuparisulfaatilla). Aikaa myöten pohjaelektrodille myös kertyy yhä lisää kuparijauhoa.

Ihan vastaavia itsestään polarisaation purkavia paristoja (ja jopa ladattavia, kun lisää rakennelmaan ioninvaihtokalvoja) voi rakennella raudan pohjalta (ferri-/ferrokloridi, positiivinen hiilielektrodi ja negatiivinen rautaelektrodi), mutta jännite on edellistäkin alhaisempi per kenno (Danielin kennolla jännite on voltin luokkaa).

Tuo Daniell on siinä mielessä houkutteleva, että on vanhaa koeteltua tekniikkaa, ja materiaalit saa kaikki rautakaupasta todennäköisesti riittävän puhtaina (kuparijohdin, galvanoituja teräsesineitä ja akkuhappoa).

Työläs tuo tietty tulisi olemaan. Mahtaakohan pieni dumppivastus pitää sulfaatit omissa kerroksissaan?

 

[kotte]

Mahtaakohan pieni dumppivastus pitää sulfaatit omissa kerroksissaan?

Kyllä se varmaankin pitäisi, mutta käsittääkseni tuo kulutustaukoa seuraava sisäinen purkautuminen ei sinällään pilaa kennoa, vaan kyse on pikemminkin siitä, että kenno kuluttaa sinkkiään omia aikojaan silloinkin, kun sitä ei käytetä lainkaan, jos käyttötauko on riittävän pitkä. Käsittääkseni sinkin kulutus silti laskee, jos kennoa kuormitetaan vähemmän, eli lisäkulutuksestakaan ei ole hyötyä, vaan haittaa.

 

[viivelinja]

Kyllä se varmaankin pitäisi, mutta käsittääkseni tuo kulutustaukoa seuraava sisäinen purkautuminen ei sinällään pilaa kennoa, vaan kyse on pikemminkin siitä, että kenno kuluttaa sinkkiään omia aikojaan silloinkin, kun sitä ei käytetä lainkaan, jos käyttötauko on riittävän pitkä. Käsittääkseni sinkin kulutus silti laskee, jos kennoa kuormitetaan vähemmän, eli lisäkulutuksestakaan ei ole hyötyä, vaan haittaa.

No sehän on hyvä. Ja pitemmän tauon ajaksi voi sinkkisulfaattikerroksen varmaankin lapota pois erilliseen säilytyastiaan, jolloin kenno ei ole sähköisesti enää aktiivinen.

Kyllä tämä saattaa hankaluudestaan huolimatta olla jopa kokeilun arvoinen, koska järkevien tehojen tuottaminen on mahdollista näinkin yksinkertaisilla kennoilla. Tuo "mekaaninen" lataus on myös mielenkiintoinen konsepti, ja mahdollistaa periaatteessa sähkön säilytyksen hyllyssä pitkiäkin aikoja.

 

[eros]

Sinkki ja kuparisulfaatin voi pitää erillään laittamalla ohuen kipsilevyn väliin.. 6mm cyproccia, joka haudutettu vedessä, jotta pahvi irtoaa..

Mekaaninen lataus: rullalta puskee sinkkilevyä sitä mukaa, kuin syöpyy, tankista rikkihappoa ja ylivuodon kautta käytettyä sinkkisulfaattia odottamaan takasin sinkiksi elektrolyysiä..

T:Eerin

 

[kotte]

Mekaaninen lataus: rullalta puskee sinkkilevyä sitä mukaa, kuin syöpyy, tankista rikkihappoa ja ylivuodon kautta käytettyä sinkkisulfaattia odottamaan takasin sinkiksi elektrolyysiä..

Pari muuttaa toimiessaan kuparisulfaattia kuparijauhoksi, mikä pitäisi myös kerätä ja saada reagoimaan rikkihapon kanssa aineen uudistamiseksi. Uusi aine sitten lisätään suojaputken avulla pohjalle (tai huokoisen seinämän taakse, jos on tuollainen). Tuo uudistaminen periaatteessa vaatii joko kuparijauhon keittämistä vahvassa rikkihapossa tai sitten kuparijauhon pasuttamista ensin ilmassa kuumentaen ja oksidin käsittelyä laimennettulla rikkihapolla.

 

[viivelinja]

Kuparijauhon voi muuttaa sulfaatiksi myös elektrolyysillä laimeassa rikkihapossa, tosin toinen elektrodi täytyy pitää erillään muodostuvasta sulfaattiliuoksesta, jottei siellä tapahdu käänteistä reaktiota. Jos kupari muodostuu daniellin parissa jauhona, sen voinee puristaa siten, että johtaa tarpeeksi sähköä sulfaatiksi elektrolyysiä varten. Ei kai jauhoa muuten olisi muodostunutkaan?

Periaatteessahan käyttämällä elektrolyyttinä rikkihappoliuosta, voidaan käyttää sinkki- ja kuparielektrodeita ilman kuparisulfaattiliuosta. Sinkki hapettuu edelleen sinkkisulfaatiksi, mutta kuparielektrodilta nousee vetyä toisen puolireaktion jäädessä pois. Osa energiasta jää vetyyn. Näin toimii voltan pari, vaikka sen elektrolyytti on usein ollut eri. Tällaisesta kennosta tulee vetyä myös silloin kun sitä ei käytä.

Mahtaisikohan tällainen kenno olla muuten ladattava, jos käyttää platinaelektrodia kuparin sijasta? Varmaan latauksen yhteydessä pitää lisätä puhdasta vettä.

 

[kotte]

Mahtaisikohan tällainen kenno olla muuten ladattava, jos käyttää platinaelektrodia kuparin sijasta? Varmaan latauksen yhteydessä pitää lisätä puhdasta vettä.

Eiköhän sinkin palauttaminen olisi tuossa suurin ongelma? Sinkin elektrolyyttisessä valmistuksessa käytetään alumiinikatodeja, joille sinkki jauhomaisena kertyy, https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc_smelting. Tuosta tulee ajatus, että alumiini osallistuisi reaktioon ja prosessi olisi sen tapainen, että alumiini ja vety olisivat mukana reaktiossa, mutta loppujen lopuksi sinkki pelkistyy metalliksi jonkinlaisen vaihtoreaktion jälkeen. Kuvittelisi, että kupari ja sulfaatti-ionit muodostaisivat suoraan kuparisulfaattia latausyrityksessä, kuten edellä esitit, joten siltä osin ei pitäisi olla ongelmaa. Elektrodirungoksi platina tai platinapäällytys on kallista, mutta voisihan käyttää hiiltä ytimenä, jollloin kupari olisi jauhona hiilen pinnalla myös daniel-parissa. Nykyisinhän saa kaikenlaisia hiilimattoja, -verkkoja ja -villoja ja nuo kaiketi toimisivat kuparilevyä paremmin muutenkin, kun pinta-alaa saa runsaasti pieneen tilaan.

 

[viivelinja]

Eiköhän sinkin palauttaminen olisi tuossa suurin ongelma? Sinkin elektrolyyttisessä valmistuksessa käytetään alumiinikatodeja, joille sinkki jauhomaisena kertyy, https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc_smelting. Tuosta tulee ajatus, että alumiini osallistuisi reaktioon ja prosessi olisi sen tapainen, että alumiini ja vety olisivat mukana reaktiossa, mutta loppujen lopuksi sinkki pelkistyy metalliksi jonkinlaisen vaihtoreaktion jälkeen. Kuvittelisi, että kupari ja sulfaatti-ionit muodostaisivat suoraan kuparisulfaattia latausyrityksessä, kuten edellä esitit, joten siltä osin ei pitäisi olla ongelmaa. Elektrodirungoksi platina tai platinapäällytys on kallista, mutta voisihan käyttää hiiltä ytimenä, jollloin kupari olisi jauhona hiilen pinnalla myös daniel-parissa. Nykyisinhän saa kaikenlaisia hiilimattoja, -verkkoja ja -villoja ja nuo kaiketi toimisivat kuparilevyä paremmin muutenkin, kun pinta-alaa saa runsaasti pieneen tilaan.

Daniellin paria ei voi ladata sellaisenaan, koska elektrolyytit sekoittuu, ja tämä ongelma koskee myös suolasiltaa käyttäviä pareja. Vai tarkoititko tuota pelkistetympää versiota?

Sinkin pelkistys on melko helppoa. Happoliuoksesta saa levymäisenä (ainakin pienet määrät, tämän olen nähnyt myös oikeassa elämässäkin, jos oikein muistan) ja alkaliliuoksesta jauhona. Veikkaan, että alumiini on valittu vain hyvän sähkönjohtavuuden takia, kun näissä kennoissa käytetään isoja virtoja. Voi liittyä myös näihin ylipotentiaalijuttuihin, joista en vielä ole paljoa perillä. Alkaliliuosprosessissa kelpaa nikkeli tuoksi kuluvaksi elektrodiksi, en nyt muista oliko anodi vai katodi, mutta happoliuos vaatii joko platina- tai lyijydioksidielektrodin, ja daniellin parin elektrolyyttejä kierrätettäessä lienee pakko käyttää happoliuosta, jollei sinkkisulfaattia saa jotenkin helposti käsiteltyä sinkkioksidiksi, ja sitten vaikka natriumsinkaatiksi.

Happoliuoksessa sinkki kehittää spontaanisti vetyä, samoin kuuman höyryn kanssa. Sinkki kehittää vetyä myös ollessaan kosketuksissa nestemäiseen veteen, mutta hyvin hitaasti. Tämä ilmiö aiheutti myös räjähdyksen Helsingin Kaupunginteatterilla, linkki aiemmassa viestissä.

Sinkkiä happoliuoksesta:

Voltan pari rikkihappoliuoksella (ei sama kuin Daniell, huomaa vedyn syntyminen toisen puolireaktion jäädessä pois):