Costruire una batteria aria-alluminio. Secondo tentativo.

1 febbraio 2014

Varie

Batteria aria-alluminio finitaDopo i primi esperimenti deludenti con questo tipo di batteria, ho pensato a come poterla migliorare.

Innanzitutto ho collegato in serie più elementi per poter avere un voltaggio utilizzabile, i 0,55 volts ottenuti con l’acqua salata erano pochi, e anche mettendo del succo di limone al posto della soluzione salina i volt non sono mai saliti oltre gli 0,77, troppo pochi anche per molti step up. Un altro aspetto a cui ho dedicato una cura maggiore è stata la robustezza della batteria finita, per quanto funzionante, il primo modello non era in grado di resistere a piu’ di qualche minuto di utilizzo nella vita reale.

Curiosando in rete ho notato che in molti non usavano carbone attivo, ma semplice carbone di legna, o la mina delle matite che dovrebbe essere un impasto di carbone, grafite e argilla, più la matita è morbida, più carbone contiene la mina.

carbonciniNon avendo in casa una quantità sufficiente di matite da sacrificare ho pensato di usare del carbone, quindi ho preso alcuni pezzi di tondello in faggio del diametro di 10 mm. e lunghi circa 5-6 cm. , li ho forati su un lato per poterci collegare facilmente l’elettrodo e, dopo averli avvolti in più strati di carta stagnola, li ho messi in un fuoco di legna per circa 15 minuti. Passato il quarto d’ora li ho tolti dal fuoco e ho controllato il risultato, purtroppo durante il processo di carbonificazione si sono piegati, e su 7 pezzi solo due non si sono spezzati o scheggiati.

Costruire il resto della batteria è stato facile, mi è bastato avvolgere i carboncini in carta assorbente inzuppata con soluzione salina satura, quindi ricoprire il tutto con della carta stagnola, comeBatterie aria-alluminio fatte con carbione normale potete vedere nella foto. Ho voluto testare due tipi diversi di copertura in alluminio, una semplicemente avvolgendo un foglio di carta d’alluminio (o stagnola) attorno al corpo della batteria, mentre nella seconda batteria ho tagliato una strisciolina di alluminio e l’ho avvolta a spirale attorno al corpo centrale.

Nonostante le differenze costruttive le prestazioni delle due batterie si equivalgono, riescono a produrre una tensione di 0,45 volt e una corrente di 3-4 mA per ogni elemento, decisamente lontane dalle prestazioni ottenibili usando il carbone attivo, anche se avendo un nucleo in un solo pezzo la produzione di energia è più stabile rispetto alle batterie con nucleo in polvere. La caratteristica principale che distingue il carbone normale dal carbone attivo è che quest’ultimo ha una porosità molto maggiore rispetto al carbone normale, il che gli permette di trattenere una maggiore quantità di aria, quindi di ossigeno, che è uno dei due componenti essenziali in questo tipo di batteria.

Un altro aspetto che ho voluto cambiare rispetto alle batterie costruite fin’ora è stato il tipo di alluminio utilizzato, non più carta stagnola ma delle piastrine ottenute tagliando una lattina.

Rivestimento interno lattine

Come potete notare dal multimetro impostato come ohmetro, la resistenza del rivestimento della lattina e’ superiore ai 200 kohm.

Ho preso una lattina, e dopo aver eliminato il fondo e la parte superiore ho tagliato il tubo ottenuto in modo da avere un foglio di alluminio di spessore decisamente superiore rispetto alla carta stagnola. L’alluminio delle lattine è protetto da vernice, anche la parte interna. Come potete vedere dalla foto qui a fianco, l’interno è ricoperto da una protezione trasparente, che oltre a riparare le bevande dal contatto diretto con l’alluminio fa da isolante elettrico, questo non va bene, ho  eliminato questo strato isolante usando della carta vetrata a grana fine (120).

A questo punto ho diviso la lattina in 5 strisce e le ho piegate circa a 3 mm. dal centro, così facendo avrò del metallo in eccesso da poter piegare in seguito per fissare facilmente i cavetti alle piastrine.

lamierinielettrodi alluminiofissaggio cavetti

 

 

 

E’ il momento di  “crimpare” i cavetti usando delle pinze, cercando di ottenere un buon fissaggio meccanico. Spellare un po’ di filo in più rispetto allo stretto necessario e ripiegadolo ottenendo una specie di pallina in rame alla fine del cavetto, aiuterà ad avere una maggiore resistenza meccanica.

soluzione salina saturaOra bisogna preparare l’elettrolita, sebbene il succo di limone si sia dimostrato più performante rispetto alla soluzione salina ho preferito usare la seconda perchè è piu’ stabile nel tempo rispetto al succo di limone, che tende a perdere acidità, quindi efficacia, in un giorno o due. Per ottenere una soluzione salina satura basta scaldare dell’acqua fino ad ebollizione ed aggiungerci del sale da cucina fino a quando smetterà di sciogliersi e si depositerà sul fondo.

E’ il momento di preparare il cartoccio di carbone attivo. Ho tagliato delle striscioline di normale asciugatutto a misura delle piastrine preparate prima, facendo in modo di avere della carta di avanzo lungo i lati lunghi, così da poterla ripiegare per tenere il carbone al suo posto. Per ogni elemento della batteria ho utililzzato circa un cucchiaino da caffè, o meglio da cappuccino, di polvere di carbone attivo. Una volta ripiegato il cartoccio è importante che non restino attaccati dei granelli di carbone sul lato esterno dello stesso, altrimenti ridurrebbero l’efficacia della batteria.

Carta assorbenteDosaggio carbone attivoCartoccio

 

 

 

Per ridurre in polvere il carbone attivo ho usato mortaio e pestello, se vedere pezzettini di carbone schizzare in giro non è un problema per voi può andare benissimo anche un martello. Evitate di mettere il carbone attivo in un tritatutto, il carbone è parecchio più duro della plastica del tritatutto e l’unica cosa che otterrete sarà quella di graffiare irrimediabilmente il contenitore, non ho fatto delle foto ma fidatevi, il tritatutto non è stata una buona idea.

Ok, ora che tutti i componenti sono pronti non resta che assemblarli, ho messo un cartoccio in ogni “guscio” d’alluminio, collegandoli in serie, cioè mettendo il filo collegato alla parte in alluminio del primo elemento dentro al carbone del secondo elemento, e cosi’ via. I singoli elementi vanno isolati tra di loro, per farlo li ho ricoperti di nastro isolante e american tape. A posteriori posso dire che inframezzare i vari elementi con dei fogli in plastica sarebbe stata una scelta migliore. Una volta collegati tutti gli elementi tra di loro li ho protetti usando due pezzi di compensato con due fori passanti, tenuti insieme da due viti. I terminali della batteria sono collegati al alluminio del primo elemento e al carbone del quinto. ho rinchiuso il tutto tra due pezzi di compensato per avere una maggiore resistenza agli urti e voilà batteria finita!

assemblaggio batteria 1elemento finitopila due elementiinscatolamentobatteria finita

 

 

 

 

 

 

 

E’ il momento della verità, quanta energia sarà in grado di produrre? La prima misurazione effettuata è stata di 1,5 volt, pochi, troppo pochi per una pila di 5 elementi, c’e’ qualcosa che non va. Ho ricontrollato velocemente la batteria e probabilmente la vite del contenitore, spingendo sui cavetti della batteria, li spostava creando dei cortocircuiti tra i vari elementi, ho quindi tolto la batteria dal contenitore e dopo aver sistemato i cavetti ho ripetuto le misure, 2,35 volt senza carico, non male, anche se speravo di superare i 2,6. La vera sorpresa è stato scoprire che era in grado di erogare una corrente di ben 150 mA, che forse non sono molti per una batteria commerciale, ma sono il triplo rispetto a quanto ero riuscito ad ottenere col primo prototipo, più che sufficienti per alimentare un led o un microcontrollore con qualche semplice sensore.

2350mV149mAE’ finita qui? Certo che no, rispetto alla prima versione ci sono stati dei migioramenti, usare del alluminio di maggiore spessore ha stabilizzato tensione e corrente rispetto al primo prototipo, probabilmente perchè la pressione sul nucleo in polvere è più uniforme. I tamponi imbevuti di elettrolita che si toccano nella parte superiore della batteria ne riducono l’efficienza, quindi proverò a migliorare l’isolamento tra i vari elementi, questo dovrebbe permettermi di arrivare a 0,55×5 2,75 volt usando 5 elementi, raddoppiandone il numero potrei tentare di alimentare qualche gadget usb e con una superficie maggiore potrei anche aumentare la corrente prodotta. Restate sintonizzati, presto pubblicherò la versione definitiva della batteria, obbiettivo 5 volt e almeno 300 mA.

Se siete sempre a caccia di idee nuove per le vostre realizzazioni vi ricordo la pagina facebook di 1001 progetti, ogni giorno curiosità, idee e hack dalla rete.

 

,

Comments are closed.