Batteria Ferro-Manganese

[Ferrobattuto]

L'acciaio per le pentole è quello che chiamano "18/10". Se non erro contiene il 18% di Cromo e il 10% di Nichel. Perciò penso sia facile risalire ai composti che possono formarsi con la sua elettrolisi in ambiente fortemente basico.
Se non sbaglio dovrebbe essere anche classificato nella "serie 300" come AISI 304, ma non ne sono sicuro.

[Hal9000]

Mamma mia il cromo mi fà paura e a sapere che è nelle pentole ancora di più!
C'è una zona in cui nel passato una industria che lavorava con il cromo ha inquinato l'area con il cromo esavalente molto nocivo o addirittura cancerogeno, molta gente ha protestato e continua a protestare ma come da prassi in italia i mega reati alla luce del sole passano inosservati poi se metti una ventola sul tetto vieni processato per crimini di guerra contro l'umanità!

Ma tornando agli accumulatori, visto che il pentolame inox ha un certo costo fino ad ora nei miei esperimenti ho usato del filo inox comprato al brico come conduttore per uscire all'esterno e una retina inox presa da un lattoniere, però non saprei dire quale gradazione/tipologia di inox siano quindi è anche probabile che sia un inox scadente magari quello delle pentole, molto più costoso, potrebbe funzionare meglio, ma il condizionale è d'obbligo fino ad un test reale.

Dovete fare MOLTA DISTINZIONE tra idrossido di sodio (soda caustica) e idrossido di potassio, non sò perchè ma su internet girano informazioni sbagliate e li considerano equivalenti ma purtoppo ho scoperto e riconfermato più volte che si comportano in modo molto diverso!!!
L'idrossido di sodio rende solubili o attacca molti più ossidi metallici dell'idrossido di potassio, per esempio una comune coppia di elettrodi piombo-piombo in soda caustica non funziona perchè l'ossido che si forma al positivo viene attaccato e sciolto molto rapidamente dalla soda caustica mandandolo in soluzione (non so in che forma) ma che poi si deposita al negativo formando baffi, dendriti o stalagmiti persino peggio dello zinco, il ferro stesso in soda caustica pare scogliersi una volta elettrificato perchè colora di rosa/magenta la soluzione, in parole povere:
idrossido di sodio = nessuna batteria
idrossido di potassio = tante batterie possibili

Per quel che ho riscontrato dagli esperimenti scambiare i due idrossidi sarebbe come voler cambiare l'acido solforico con acido cloridrico in una batteria al piombo e pretendere che funzioni..... un chiaro esempio di false informazioni che girano su internet da decenni!
Quindi anche nelle celle elettrolitiche poer fare idrogeno potrebbe valere la stessa regola, tutti usano la soda caustica perchè è più facile da trovare o costa meno ma è l'elettrolita sbagliato!

Comunque anche l'idrossido di potassio rende solubili alcuni ossidi, anche se meno, come per esempio l'ossido di zinco che è una polvere bianca insolubile in acqua ma solubile in ambiente alcalino, infatti nelle pile alcaline (zinco-manganese) durante la scarica lo zinco si consuma e sembra sparire perchè da zinco si ossida e diventa ossido di zinco, in pratica si muove l'ossigeno dall'ossido di manganese verso lo zinco, poi l'ambiente fortemente basico scioglie l'ossido di zinco appena formato che và in soluzione diventanto trasparente e non si vede, credo si trasformi in un idrossido ma un chimico potrebbe spiegarcelo meglio.
In fase di ricarica l'ossido di zinco sciolto si rideposita al negativo tornando ad essere zinco metallico, il problema è che si deposita in modo irregolare e polveroso, mi piace come quel tizio sia riuscito a depositarlo in forma compatta nel secondo video ma bisogna spostarsi in ambiente acido con tutti i problemi di corrosione degli elettrodi annessi....
Comunque ho del solfato di sodio magari lo metto sull'elenco delle prove da fare.

Si anche io mi domando come faccia a resistere iol cilindretto delle pile alcaline, visto che sono pile molto economiche pensavo fosse di un economico acciaio ma mi sorge il dubbio che sia acciaio nichelato il che rende quel cilindretto un ottimo collettore di corrente per il positivo.
Nel frattempo ho anche fatto arrivare ossido di manganese sfuso di due tipi, uno al 75% (anche se non so cosa ci sia nel restante 25%) e uno denominato "high grade" ma comunque le prove sono fallimentari, ho costruito due celle uguali con la solita paglietta di ferro attorno e al centro un cilindretto pieno di ossido di manganese con un elettrodo di retina inox al centro, ma non c'è conducibilità elettrica, eroga corrente per pochi secondi poi va giù a 0V, in ricarica la retina inox gorgoglia di ossigeno e il manganese non si ricarica.
Questo mi fà dedurre che il magnaese dentro alle pile alcaline oltre ad essere di un grado di purezza superiore deve essere miscelato con qualcosa che lo rende più conduttivo, forse carbonio ma non ne ho idea, inoltre l'ossido di manganese comprato sfuso è una polvere molto fine che una volta immersa in elettrolita se ne và in giro per la cella d'appertutto!
Quello delle pile alcaline mi pare di una granulometria più grossa, perchè anche se all'inizio è compresso e molto compatto a formare un cilindretto poi dopo svariati cicli di ricarica si sfalda ma resta comunque al suo posto senza andare in giro o in sospensione nel liquido anche durante la fase di sovracarica quando inizia a gorgogliare l'ossigeno.

Da un punto di vista pratico si fà prima ad usare l'ossido di manganese contenuto nelle pile alcaline, ora non ho fatto valutazioni di costi tra estrarlo dalle pile alcaline o usare quello sfuso ma peccato che nel caso di una ipotetica ferro-manganese si debba scartare tutto lo zinco.

La schiuma che vedi si forma solo durante la fase finale della ricarica quando l'elettrolisi si fà più vigorosa, tutta quella schiuma si forma anche su alcune NiFe di Ferrobattuto, credo siano quelle a cui hanno messo dentro l'olio, infatti la prima cella a sinistra non ho lavato il contenitore di plastica che da nuovo al tatto sembra leggermente oleoso all'interno quindi non vorrei che l'idrossido di potassio abbia convertito quel poco olio o grasso che c'era nel contenitore nuovo in sapone e che quindi quando ribolle l'elettrolisi il sapone che si è formato vada a fare la schiuma.

La cosa azzurra che vedi attorno al cilindretto della cella di sinistra (la migliore tra le 3) è solo del tessuto in polipropilene quello delle magliette anti-sudore che non si bagnano, lo stesso che uso per trattenere gli ossidi nelle piombo fai-da-te quindi è poroso, l'ho messo come soluzione improvvisata solo per evitare un corto tra il cilindretto del manganese positivo e la paglietta di ferro negativa.
Devo provare a rifare la prima cella a sinistra ma con più ferro senza usare l'inox e vedere cosa succede in modo da capire se bisogna proprio evitare l'inox e se si riesce ad aumentare la capacità, perchè so che quel cilindretto di manganese può fare 16Ah ma con quella paglietta ne eroga solo 2 quindi c'è poco ferro.

haha quei tester della nimex sono molto economici, li avevo visti a 10€ l'uno in un negozio e ne avevo presi una decina perchè ero stufo di andare sempre in giro a cercare dove avevo lasciato lp'unico tester che avevo, comunque devo ammettere che per essere così economici sino molto precisi sulle tensioni e poi con tutti i test che svolgo su batterie di vario tipo, l'impianto solare ecc ecc è molto comodo avere un tester dedicato ad ogni esperimento in corso se no diventi matto con uno solo a misurare e tenere d'occhio 10 cose contemporaneamente....

Spero non sia contro le regole del forum ma se vi può servire come spunto vi elenco le varie cose che ho cmprato su ebay per questo genere di esperimenti:

Foglio di nichel

Spugna di nichel

Filo Nichel 0,5mm 24awg

Per lo spessore del filo ho usato lo 0,5mm perchè pensavo di fare molto filo avvolto ma poi è arrivato il foam (spugna) di nichel che ha molt apiù superfice a minor costo comunque la capacità è irrisoria, se pensi che 10x10cm di foam di nichel dura 30 secondi mentre il manganese di una pila D dura 20 ore fai in fretta a capire cosa coviene usare!
Quando usi del filo sottile, sia esso nichel, inox, ferro ecc... occhio alla legge di ohm, perchè ci sono cascato anche io nell'errore di pensare che una cella dasse poca corrente poi in realtà era il sottile filo che usciva dagli elettrodi a fare da resistenza!
Anche perchè siamo abituati al rame ma gli altri metalli hanno reisstenza più alta in più parliamo di fili molto sottili....

Limatura di nichel

Putroppo l'idrossido di nichel che avevo comprato non lo trovo più, comunque è più costoso dell'ossido di manganese e comunque entrambi presi sa se sciolti sono poco conduttivi e formano batterie molto scadenti, bisogna addizionarli di qualcosa che li renda conduttivi ma la cosa si complica troppo per me, preferisco usare qualcosa che sia già pronto, gli ossodi del piombo fuinzionano bene da soli ma tutti gli altri ossidi meglio estrarli già miscelati da accumulatori esistenti, e poi comunque anche gli ossidi di piombo provengono da accumulatori esistenti quindi vai a sapere che non siano addizionati anche loro....

Da quello che ho potuto apprendere fino ad ora dalle prove pratiche mi pare che il nichel o l'acciaio nichelato sia il miglior collettore di corrente da usare in mezzo agli ossidi positivi, siano essi di nichel o di manganese o altro, il ferro si ossida e si isola, il rame forma sali e si corrode, se uso il piombo allora tanto valre fare la piombo-acido molto più potente, lo zinco si ossida e si scioglie, bronzo e ottone si sciolgono anche loro, argenti, platino e oro avviamente non li prendo neanche on considerazione, l'alluminio si corrode in quasiasi ambiente sia acido che alcalino da solo senza neanche dare corrente, l'acciao inox pare inquinare la soluzione, insomma non è che vedo poi altre alternative a parte il nichel, ma solo come conduttore positivo.

[Hal9000]

Per il setto poroso no non ho provato con membrane o cose così tecnologiche, ma per esempio avevo provato con la terracotta, i mattoni, il cemento, la ceramica porosa (non smaltata), carta, cartone e spugne, ma ne escono batterie dalle correnti molto basse, in alcuni casi i liquidi si mescolano comuqnue dopo un pò di tempo e sul migliore di tutti il vaso di ceramica porosa dopo parecchio uso con la pila zinco-solfato di rame (pila di daniell) si depositava rame sulla ceramica ostruendo la sua porosità.

In definitiva quello che ho concluso è che ponti salini e setti porosi degradano le prestazioni, complicano la costruzione e comunque riducono la vita utile della batteria.
Leggevo su un sito che il cellophane può essere usato come setto poroso questa mi è nuova, non lo sapevo, sarà vero???

http://www.funsci.com/fun3_it/elettro/elettro.htm

[Hal9000]

Per esempio avevamo già discusso anni fà (Dolomitico si ricorda di sicuro!) che una cella zinco al negativo e solfato di rame al positivo era una buona idea per accumulo stagionale, se non fosse per il fastidiosissimo problema di tenere il solfato di rame lontano dallo zinco, li i vari separatori porosi avevano fallito e ne avevo fatta una versione che li teneva separati per gravità ma durante la ricarica si rimescolavano comunque autoscaricandosi

Sarebbero da usare i famosi vasi di ceramica porosi ma io ho molte difficoltà a trovarne, e poi comunque si placcano di rame.

Qualcuno di voi conosce dove comprare vasi di ceramica porosi (setti porosi) con facilità e a prezzi stracciati? In tal caso si potrebbero fare ancora due prove giusto per concludere il discorso pila di daniell

[Hal9000]

Domenticavo di dire che gli elettroliti alcalini dissolvono così bene gli ossidi vari che è anche uno dei motivi per cui non bisogna mai mettere l'idrossido di sodio (soda caustica) o l'idrossido di potassio in contenitori di vetro perchè lentamente lo dissolvono, proprio perchè il vetro altro non è che l'ossido di silicio!
A causa di questo che per le celle alcaline di test ho dovuto procurarmi dei contenitori di plastica trasparente, avevo li tanti barattoli di vetro dagli esperimenti della pila daniell, piombo.acido e altre ma con l'idrossido di potassio era meglio andare sulla plastica, più difficile da trovare trasparente e più costosa del vetro!

[luppy]

Il cellophane l'avevo letto pure io, abbiamo fatto le stesse ricerche però non è quello di plastica, è qualcos'altro
Volevo dire che questa della ferro (o zinco) manganese a me piace tantissimo come idea, sia per la densità di carica che per la minore tossicità rispetto al piombo, e anche se l'idrossido è pericoloso secondo me l'acido solforico è anche peggio
Sto un po insistendo con i setti porosi e simili perchè hai scritto sopra che con i componenti della pila carica dovevi avere 16 ampere e invece ne hai ricavati due, non sarà per la distanza tra le due semicelle e quindi la corrente mancante è andata via come calore ? non lo so
Unendo però il fatto che la tecnologia è collaudata e che sia in quelle (ma pure nelle piombo) i migliori risultati si ottengono tenendo vicinissimi gli elettrodi....
Poi se il setto si impiastra magari è facile smontarlo per pulirlo, e quello delle agm buone comunque dura anni
Dove trovarli non lo so, vendono i vasetti per filtrazione, tra l'altro in cantina tra le vecchie cose dovrei averne uno o due, però speriamo che qualcuno ci dia qualche suggerimento... per me Mastrovetraio potrebbe darci qualche indicazione, speriamo legga questa discussione !
E ultimo, ma non per ultimo, sono curioso di sapere cosa farà Ferrobattuto con i due kg di potassa

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[Ferrobattuto]

..........sono curioso di sapere cosa farà Ferrobattuto con i due kg di potassa

Voglio fare qualche prova, scopiazzando Hal9000, ma senza troppe complicazioni che di chimica ne mastico ben poca.

[mastrovetraio]

Un setto poroso può essere un vaso di coccio, dei coppi, ovvero qualunque terracotta non smaltata. Ma in ambiente acido non credo proprio. Il cellophane dovrebbe essere la risposta giusta, magari accoppiato a rete di plastica per dargli solidità. Ma attenzione, quello dei "setti porosi" è un campo molto misterioso, ed in ebollizione continua grazie alle nanotecnologie. SE !! fosse possibile accedere a "roba seria", potremmo pensare di costruire accumulatori "vanadio redox" o addirittura i ben più economici "ferro redox". Quello sì che sarebbe un vero accumulatore stagionale !
Qui trovate notizie relative ad "iron based flow battery " https://www.greentechmedia.com/articles ... ove-itself

[Ferrobattuto]

La normale terracotta, per esperienza personale, non viene intaccata dall'acido cloridrico, che anzi si usa per pulirla da eventuali incrostazioni residue di calce o cemento. Non ho provato con l'acido solforico, ma si può fare velocemente.
In realtà la normale argilla per terracotta dovrebbe essere composta da un miscuglio di silicati, tra cui la maggior parte dovrebbe essere silicato di alluminio e magnesio. Se è rossa potrebbe essere "inquinata" da ossidi di ferro (molte infatti fanno "suonare" il cercametalli, se posto molto vicino). Però se ne trovano di molto chiare, gialline o quasi bianche. o colorate di verdognolo.
Per la porosità immagino si possano mescolare con polveri facilmente eliminabili in ambiente acido o basico, da asportare in un bagno dopo la cottura.
Di certo serve un forno per terracotta, ma a quel punto anche con sistemi artigianali non dovrebbe essere difficile costruire "setti porosi".
Poi non stiamo parlando di batterie per la NASA....

[luppy]

ottimo !
poi certo, probabilmente ad avere un forno si potrebbero auto-preparare dei separatori di terracotta anche sottili, sempre che non si rompano durante la cottura
Ho riguardato il celophane, ma è quello che usano i fiorai ? Mi sa che stasera ci passo
Mastrovetraio grazie ! E bella anche la batteria al ferro, non me ne ricordavo nemmeno più, molto green
Peccato non spieghino bene gli elettrodi di cosa sono fatti, uno c'è scritto "ferro proprietario" e presumo un brevetto, l'altro non ho capito. poi se è tra ferro 2+ e ferro 3+ la cella che potenziale avrebbe ? Sui 1,2 V o sbaglio ?
Ho trovato questo bel link, molto completo, magari era già stato postato:
http://www.bisceglia.eu/chimica/tabelle ... ialfa.html
Il cellophane invece lo vendono anche in sacchettini, a riempirne tanti uno di zinco o ferro e uno di manganese e così via, il filo di nichel che dice Hal come contatto, con le scatole vuote delle agm defunte... si potrebbe .... vabbè, mi procuro pure io un po di filo di nichel dai link di Hal

[Ferrobattuto]

Il cellophane è un prodotto derivato dalla cellulosa:
https://it.wikipedia.org/wiki/Cellophane
Mi pare strano che resista bene in ambienti fortemente acidi o basici......

[mastrovetraio]

Questa è una fabbrica di separatori, estrusione di pvc misto a silicio http://www.amer-sil.com/products-separator.php

[luppy]

Mi pare strano che resista bene in ambienti fortemente acidi o basici......

Già. Però pare che se nella soluzione si aggiungono altre sostanze, aumenta la sua resistenza
Ora ho deto una lettura veloce, ma è un bel libro, in inglese però...
https://books.google.it/books?id=CCnxEd ... md&f=false
pagina 99 in poi

Poi ho trovato un'altra cosa: il biossido di manganese ha caratteristiche elettrochimiche diverse a seconda della struttura ordinata o disordinata in cui si trova. L'alluminio in tracce ad esempio fa la differenza... in inglese anche questo:
https://books.google.it/books?id=CCnxEd ... md&f=false
pag 416 in poi

mamma mia qui ci sarebbe da leggere libri e libri

[Hal9000]

Per il manganese suggerisco di usare quello delle pile perchè quello sciolto non fà un bel niente.

Molti anni fà agli inizi delle mie sperimentazioni con le piombo avevo provato vasi di terracotta e mattoni come separatori riempendo le due parti di ossidi ed elettrodi, funzionava ma introduceva una resistenza interna mooooolto più elevata dei 4cm di elettrolita libero che stò usando attualmente per cui scartai subito l'idea.

Si la maggiore distanza tra gli elettrodi aumenta la resistenza interna ma la capacità è sempre la stessa, gli amper sono sempre gli stessi perchè è un circuito in serie, se mai ottieni meno watt-ora sul carico perchè parte della tensione cade e si dissipa sulla resistenza interna.
I 2Ah che ottengo sui 16 teorici del manganese usato sono causati dal fatto che ho usato troppe poche pagliette, stò cercando di trovare il numero giusto di pagliette per bilanciare i 16Ah del cilindretto di manganese della pila alcalina, tempo permettendo.

Personalmente credo che i separatori in ambito stazionario si portano appresso più problemi collaterali a scoppio ritardato di quelli che risolvono inizialmente, li vedo utili solo nel caso in cui le materie attive sono liquide invece che solide come nel caso della pila di daniell (zinco - solfato di rame) dove il soflato di rame è un sale che si scioglie e che ha una carica positiva e quindi và assolutamente tenuto separato dall'elettrodo negativo pena l'immediata autoscarica (corto circuito chimico).

[luppy]

ecco perchè nel 2009 li hai abbandonati
Comunque, giusto per concludere il ragionamento dei separatori, aiutandomi con quella vecchia discussione e facendo un po di ricerche mi è parso di capire che sono fatti o in una specie di fibra di vetro, o in polietilene microforato
Poi ci sono anche le varianti, come quella indicata prima da Mastrovetraio dove c'è anche il pvc
Ho trovato questi link, però non ho assolutamente trovato un sito dove comprarne un pochino
http://it.made-in-china.com/productSear ... rentPage=6
http://www.bnf-tech.com/products-separator.html
A parte che dall'Asia, ma mi sembrano tutti grossisti
Poi mi erano venute anche due idee: prendere ad esempio una vecchia piastrella e provare a levigarla fino ad uno spessore minimo, oppure, molto più pericoloso, smontare una li-po (quelle a pacchetto per capirci) e provare a usare la membrana che c'è li
Quest'ultima, una volta ne avevo aperta una, è facile recuperarla, ma quando l'avevo fatto ero solo curioso di vedere come era fatta dentro, non ho recuperato niente
Si vede anche sul tubo, questo ad esempio (magari l'avete già visto), è lungo ma basta partire dal minuto 14.30
https://www.youtube.com/watch?v=uI1eRy0uBI8
Un po pericoloso però, non sono molto invogliato a provare
Infine anche questa tabella, magari torna utile a qualcuno: http://www.gimas.it/files/resistenza_ch ... E_PVDF.pdf
Sono curioso di vedere come va con le pagliette, appena riesco voglio provare anche io

[mastrovetraio]

Come al solito, è in inglese. Ma ha il pregio di essere breve, preciso ed esaustivo. Da leggere ! Spiega TUTTO sui separatori,e per tutti i tipi di accumulatori http://batteryuniversity.com/learn/arti ... separators

[luppy]

Ma invece... abbandonare i separatori porosi ? Con tante coppie di materiali il problema spesso è il rimescolamento
Se devono passare solo elettroni basta qualcosa che conduce, stavo leggendo di questo signore di Lecce, Giuseppe Candido:
http://scienzasalento.unisalento.it/tra ... o/pila.htm
Si potrebbe meditarci un pò, anche l'acciaio in ambiente basico magari.... mumble mumble ...

[luppy]

Hal, stavo pensando una cosa: la deposizione del metallo come protuberanze dovrebbe essere favorita da una alta corrente di ricarica, e questo lo scrivevi anche tu. Scrivevi anche che sono celle da far lavorare a C60 o meglio C100, ma negli esperimenti qui sopra non riesco a capire le correnti che hai usato, mi pare molto maggiori
Anche io sono disponibile a fare delle prove, sono indeciso su quale coppia di metalli, e volevo anche chiederti se hai dei dati ulteriori da darmi tipo il peso o concentrazioni dei materiali usati o le dimensioni degli elettrodi, oppure provo a vedere che riesco a recuperare e vedo cosa mi viene
Tendenzialmente mi interessa molto il manganese per l'elevata densità di carica che dicevi: credo sia compresso con grafite ma non sono sicuro, poi probabilmente era anche la forma chimica che aveva che lo rendeva attivo, quello che hai comprato tu quanto costava ?
grazie

[Hal9000]

Il manganese che ho comprato sciolto non funziona, ne quello al 99% ne quello al 75%, molto probabilmente non è abbastanza conduttivo mentre quello nelle pile alcaline deve essere molto puro e addizionato con grafite o altre sostanze che lo rendono conduttivo, inoltre è pressato e si presenta solido, sicuramente fatto con presse industriali e con aggiunta di binder/leganti.
Il problema di costruire batterie si riduce principalmente alla fonte di materie prime, puoi metterci idee, manodopera e volontà quanta ne vuoi ma se i materiali necessari sono irreperibili o troppo costosi è tutto inutile.
Alla fine i materiali giusti li abbiamo già nelle batterie guaste, di qualsiasi tipo (piombo, nimh, alcaline ecc ecc...), con le dovute accortezze e tecnica basta solo riassemblarli in modo che non vadano in corto e non sedimentino, se solo fossero già fatte così dai produttori.....

Di prove ne ho fatte veramente tante negli ultimi 20 anni, se ti elenco tutto arriviamo a natale, cosa vorresti sapere di preciso?

[Ferrobattuto]

........se ti elenco tutto arriviamo a natale.......

Sarebbe una buona lettura. Perché non ne fai un file e lo alleghi?