science engineer economy DIY Battery 理工学、経済、実験、電池
市販電池をライバル視: 2024-10-23T21:06:01
一次電池について調べた。ニッケル水素電池 エネループは充放電できる。電流がたくさん流れる抵抗の低い回路では、電池のパワーの違いが出やすい。
また１００ミリアンペアで充電するときに、放電とまったく同じ速さ進むなら、数時間から１００時間単位で充電時間がかかる。
自作電池では50ミリアンペアで20分ほどしか充電していない。もっと長く充電できる可能性がある。
自作電池は放電電流は測定していないが１V時にも100ミリアンペアも流れない。おそらく高々10ミリアンペア前後だろう。市販電池の性能にはまだ遠く追いついていない。
電池形状にこだわる: 2024-10-25T00:37:23
【工作欲】電池は一先ず完成に近い。次は電池工作の形状か。ストロー型か？電熱線を熱くできるか？めっきもはじめる。銅と鉄か。抗菌と磁石。アルミ箔上へめっき。スポンジへのめっき。布へのめっき。
鉄電析 砂鉄析出: 2024-10-25T15:09:04
【鉄電析】アルミ箔に鉄めっきをしました。鉄めっきとは言っても膜になりませんでした。砂鉄が表面に付着しました。
電気めっき時に磁石を下に敷きました。
3.2ボルト、0.62アンペア。
硫酸鉄 20グラム（硫酸第一鉄）
水道水 50グラム
対極 ステンレスメッシュ
セパレータ ティッシュペーパー
室温 20℃
電析時間 5分
アルミ箔は磁石に付きませんが、砂鉄を付着させたアルミ箔は磁石に付くようになりました。
３ミリφの磁石でしたが砂鉄の分布には３ミリφの跡がわずかに見えます。電気めっき時の磁石は気休め程度ですが効果がありました。
密着力も弱く磁石で触ると動き取れる砂鉄があります。アルミ箔の脱脂やめっき前洗浄もない簡易な電析です。めっき浴は淡い黄色で濃度も薄いようです。
揺らしながら撹拌していれば磁石の上にドット状に集まるかもしれません。アルミ箔上に直接で砂鉄が得られたので、次はアルミ箔に塩寒天を薄くクレープ状に固めて、そこに鉄をドープするめっき電析をやってみます。
砂鉄が酸化される時に、ステンレスとの間で電池になると思います。イオン化傾向ではアルミ箔より鉄は酸化されにくいから、アルミ箔が溶けやすくなるのか？
アルミ箔電池の焦げ処理: 2024-10-31T14:30:41
アルミ電池の性能向上：塩水寒天と焦げ付けの効果
密着性と圧力による性能向上
アルミ電池の電極と電解質スポンジの間に塩水寒天を塗布し、フライパンで焼き固めることで、電池の性能が大幅に向上しました。特に、電流値が従来の600マイクロアンペアから最大1500マイクロアンペアまで増加した点は大きな成果と言えるでしょう。
この性能向上は、以下の2つの要因が考えられます。
* 密着性の向上: 塩水寒天を焼き固めることで、電極と電解質スポンジが密着し、電気抵抗が減少したと考えられます。これにより、電流がよりスムーズに流れるようになり、電流値が向上したと考えられます。
* 圧力効果: 塩水寒天を焼き固めることで、電極と電解質スポンジが圧縮され、接触面積が増加したと考えられます。また、圧力を一定ではなく脈動させることで、電圧の最大値が上昇するという現象も確認されました。これは、脈動する圧力によって、電極と電解質スポンジの間の空隙が変化し、電流がより効率的に流れるようになったためと考えられます。
焦げ付きの効果
塩水寒天を焦がすことで、電極と電解質スポンジの間に炭化層が形成され、これがさらなる性能向上に寄与している可能性も考えられます。炭化層は、導電性を持つ一方で、電解質の浸透を妨げる働きも持つため、電極反応を促進し、同時に電解質の漏出を抑制する効果が期待できます。
その他の考察
* 羊羹との共通点: 羊羹にも塩水寒天が使われていることから、食品分野における寒天の利用方法を参考に、電池の構造設計に活かすことができるかもしれません。
* 空隙の役割: 電解質スポンジ内の空隙は、電解液の拡散を促進する一方で、ガスが発生した場合にこれを逃がす役割も担っています。空隙の大きさと分布が、電池性能に与える影響を詳細に調べる必要があるでしょう。
* 安全性: 塩水寒天を焦がす際に発生するガスや煙に注意する必要があります。安全な実験環境を確保し、適切な換気を行うことが重要です。
今後の展望
今回の実験結果を踏まえ、以下の研究を進めることで、より高性能なアルミ電池の開発が期待できます。
* 焦げ付きの最適化: 焦げ付きの程度や温度、時間を変化させることで、電池性能への影響を詳細に調べ、最適な条件を特定する。
* 電解質の最適化: 塩水寒天以外の電解質を用いることで、より高い電圧や電流を得られる可能性を探索する。
* 電極材料の最適化: アルミ箔以外の金属や合金を用いることで、電極反応を促進し、電池性能を向上させる。
まとめ
塩水寒天を焼き固めることで、アルミ電池の電流値が大幅に向上するという興味深い結果を得ました。この成果は、密着性と圧力効果によるものであると考えられます。今後、さらなる研究を進めることで、高性能なアルミ電池の実用化に貢献できると期待されます。
（補足）
* マイクロアンペア: 電流の単位の1つで、1アンペアの100万分の1に相当します。
* 脈動: 規則的に強弱を繰り返すこと。
（キーワード） アルミ電池, 塩水寒天, 焦げ付け, 密着性, 圧力効果, 電流値, 電池性能, 実験
（関連分野） 電池工学, 材料科学, 電気化学
この文章は、実験結果を分かりやすく説明し、今後の研究の方向性を示唆するものです。読者に対して、実験の背景、結果、考察、そして今後の展望を伝えることを目的としています。
ハードカーボン電池: 2024-11-01T11:03:09
ハードカーボン電池自作への挑戦：偶然の発見と今後の展望
偶然の発見：1.5Vを超える電圧
自作電池の試行錯誤の中で、思わぬ高電圧が発生するという興味深い現象に出くわしました。アルミ箔とスポンジを組み合わせた電池において、1.5Vを超える電圧が測定されたのです。この現象は、アルミ箔を新品に交換した際に特に顕著に見られました。
ハードカーボンとの関連性
駒場先生のハードカーボンに関する記事を読み、自作電池の高電圧発生の原因が、偶然に生成されたハードカーボン状物質にあるのではないかと考え始めました。自作電池の材料である塩寒天をフライパンで焼いた際、焦げ付いた部分がハードカーボンに近い状態になっている可能性があるのです。
今後の展望：焦げ付きの科学的な検証
焦げ付きの再現性と分析
* 焦げ付きの再現性: 今後は、塩寒天を意図的に焦がす実験を繰り返し、高電圧発生との相関関係をより明確にしたいと考えています。
* 焦げ付きの分析: 焦げ付いた部分の成分分析を行い、ハードカーボンとの類似性や、電極特性に影響を与える物質の有無を調べます。
電極材料の最適化
* 金属塩の種類: さまざまな金属塩を用いて塩寒天を調製し、焦げ付きの状態や電極特性の変化を比較します。
* 焼成温度: IHヒーターの温度を調整し、焼成温度が焦げ付きの状態や電極特性に与える影響を調べます。
* 電極構造: アルミ箔とスポンジの配置や、焦げ付き部分の厚さなどを変えることで、電池性能の向上を目指します。
セレンディピティを活かした探求
現時点では、高電圧発生のメカニズムは完全には解明されていません。しかし、今後も実験を繰り返す中で、新たな発見があるかもしれません。セレンディピティを信じて、試行錯誤を続けていきたいと考えています。
まとめ
自作電池の高電圧発生という偶然の発見をきっかけに、ハードカーボンとの関連性を探求しています。焦げ付きの科学的な検証を進め、より高性能な自作電池の開発を目指します。
【補足】
* ハードカーボン: 高いエネルギー密度を持つ次世代電池の負極材料として注目されている炭素材料です。
* 鋳型法: 有機金属分子を鋳型として使用し、高温で焼成することで、所望の形状や構造を持つ炭素材料を合成する方法です。
* セレンディピティ: 偶然の発見によって、新たな知識や発明が生まれることです。
今後の課題
* 再現性の向上: 高電圧発生を再現性高く行うための条件を確立する。
* 理論的な裏付け: 実験結果を理論的に説明するためのモデルを構築する。
* 安全性: 自作電池の安全性評価を行い、安全な使用法を確立する。
読者へのメッセージ
この文章は、自作電池の試行錯誤を通して得られた知見と、今後の展望をまとめたものです。読者の皆様にも、この挑戦を通して、科学の面白さや発見の喜びを感じていただければ幸いです。
【キーワード】 ハードカーボン, 自作電池, 高電圧, 焦げ付き, セレンディピティ, 科学実験
【関連キーワード】 リチウムイオン電池, ナトリウムイオン電池, カリウムイオン電池, 電極材料, 炭素材料
【関連分野】 電池工学, 材料科学, 無機化学
【参考文献】
* 駒場先生の記事: https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000036.000102047.html
アルミ箔電池にクレープ加工: 2024-11-01T15:44:10
アルミ箔電池の実験結果について、より詳しく解説します
実験の状況
自身の作成したアルミ箔電池が、予想外の1.6Vという高い電圧を示した。
実験で起こったこと
* 電圧上昇: 1セルの電池が1.6Vを超える高電圧を示した。
* 材料: アルミ箔、スポンジ、ステンレス、硫酸鉄、食塩、小麦粉などを使用。
* 構造: スポンジとステンレスの間を小麦粉塩水で固めることで、接触面積を増やし、電流の流れを良くした。
考えられる原因
* 複数の電池が直列に接続された: 1つのセルとして作製したつもりでも、何らかの要因で複数の電池が直列に接続され、電圧が上がった可能性があります。
* 材料間の反応: アルミ、鉄、ナトリウムなどの金属が、電解液である塩水や硫酸鉄と反応し、予想外の電位差が生じた可能性があります。
* 測定誤差: 測定器の誤差や、接続部分の接触不良などにより、実際の電圧よりも高く測定された可能性も考えられます。
* 小麦粉塩水の効果: 小麦粉塩水を焼き固めることで、スポンジと金属間の接触面積が増え、電流が流れやすくなった可能性があります。
考えられるメカニズム
* ナトリウムイオンの働き: 食塩に含まれるナトリウムイオンが、電解液として働き、電子の移動を促進している可能性があります。
* 酸化還元反応: アルミが酸化され、電子を放出することで電流が流れ、同時に他の物質が還元される酸化還元反応が起こっていると考えられます。
* 電池の構造: アルミ箔、スポンジ、ステンレスの配置や、小麦粉塩水の量など、電池の構造によって電圧や電流が大きく変化する可能性があります。
今後の課題と展望
* 詳細な測定: 電圧だけでなく、電流、抵抗などを正確に測定し、電池の特性を詳しく分析する。
* 材料の検討: 異なる材料を使用したり、材料の組み合わせを変えたりすることで、より高性能な電池を作製できる可能性がある。
* 構造の最適化: 電池の構造を工夫することで、より安定した電圧を得られる可能性がある。
* 理論的な考察: 電池内の反応を化学的な視点から解析し、より深い理解を得る。
まとめ
今回の実験では、予想外の現象が起こり、電池の仕組みの複雑さを改めて認識できました。今後の研究によって、より効率的で安全な電池の開発につながることが期待されます。
自作電池が急に電圧が上がった。１セルのはずが1.6V越え。どこかで直列の二重の電池になっているのか？仕組みがわからないまま。硫酸鉄とアルミ箔の空気電池だから起電力的には0.8Vぐらい。食塩のナトリウムが効いてるんかな。電流は１ｋΩの抵抗で１ミリアンペアぐらい。LEDは点かない。
充電時に電圧、電流を測ってしっかり通電できていることを確認しながらやっている。するとその通電がしっかりしたテスターで測ると高い数値が出る。測定系がうまくできてるのか？
いままでの充電が電圧がかかっていない不十分なものだったのか？材料的にステンレスとアルミの接触を上げる塩クレープ、ステンレスとスポンジも塩クレープでつなげてみた。
スポンジとステンレスの間のクレープで接触がよくなって充電されやすくなったのか。電池とテスターをつなぐ部分のクリップの接触も気にしている。スチールウールで接点を補強した。
ナトリウム、アルミ、鉄の順に並んでナトリウムアルミ電池とアルミ鉄電池の直列が実現しているのか？
理由がはっきりしないし、測定にも自信がないけど、いままでに比べて２倍の電圧、電流値も数十分間安定している。ちょい上手くなってきたのか。
https://jilm.or.jp/hanashi/wp-content/uploads/2021/01/battery.pdf
アルミ箔電池の高電圧化 2024-11-01T19:01:06
アルミ箔電池の実験記録について、より分かりやすく解説します
実験の概要
実験では、アルミ箔とスポンジ、食酢などを用いて、1.6ボルトの電圧を長時間維持できるアルミ箔電池の製作を試みています。
実験のポイントは、以下の通りです。
* 材料: アルミ箔、スポンジ、食酢、塩寒天、硫酸鉄など、身近な材料を使用。
* 構造: スポンジに電解液を含ませ、アルミ箔と接触させることで電池を構成。
* 性能: 1.1ボルト以上の電圧を1時間程度維持できることを確認。
* 特徴: 充電可能で、繰り返し使用できる可能性がある。
実験結果と考察
* 電圧と電流: 充電時よりも放電時の電流が低く、キャパシタのような充電特性を示唆。
* 寿命: 長時間放電するとアルミ箔が傷み、性能が低下する傾向。
* 材料の効果: 硫酸鉄が電池性能に貢献している可能性があるが、未確認。塩寒天やみょうばんの効果は不明。
* 安全性: 使用する薬品は比較的安全で、家庭でも入手可能。
今後の課題と展望
* 材料の最適化: 各種材料の量や組み合わせを調整することで、より高性能な電池が作れる可能性がある。
* メカニズムの解明: 電池内の化学反応を詳細に分析することで、性能向上につながるヒントが得られる。
* 耐久性の向上: アルミ箔の劣化を抑制し、電池の寿命を延ばす方法を検討する。
* 応用: 作製した電池を他の電子機器に組み込み、実用性を評価する。
研究の意義
この研究は、身近な材料を用いて高性能な電池を製作できる可能性を示唆しています。今後、さらなる研究が進めば、環境に優しいエネルギー源として、または教育用の教材として活用できるかもしれません。
まとめ
この実験は、アルミ箔電池の可能性を大きく広げるものであり、今後の発展が期待されます。より詳細な分析と実験を重ねることで、より高性能で実用的な電池の開発につながることが期待されます。
環境に優しい亜鉛空気電池: 2024-11-02T22:38:56
亜鉛空気電池は、亜鉛と空気中の酸素を反応させて電力を生成する電池です。この電池は、軽量で高エネルギー密度、環境に優しいという特徴があります。亜鉛空気電池は、主に補聴器や時計などの小型電子機器に使用されています。
亜鉛空気電池は、亜鉛電極と空気電極の2つの電極で構成されています。亜鉛電極は、亜鉛金属板でできています。空気電極は、炭素粉末と触媒でできています。亜鉛電極と空気電極の間には、電解質が充填されています。電解質は、イオンを通過させる液体または固体です。
亜鉛空気電池は、亜鉛電極が酸化されて亜鉛イオンと電子を放出することによって作動します。亜鉛イオンは電解質を通って空気電極に移動します。空気電極では、亜鉛イオンと酸素が反応して酸化亜鉛を生成します。この反応により、電子が空気電極から亜鉛電極に移動し、電流が流れます。
亜鉛空気電池は、他の電池と比較していくつかの利点があります。まず、亜鉛空気電池は軽量で高エネルギー密度です。これは、亜鉛空気電池が他の電池よりも多くの電力を生成できることを意味します。また、亜鉛空気電池は環境に優しいです。亜鉛空気電池は、使用後に廃棄しても環境に悪影響を与えません。
亜鉛空気電池は、いくつかの欠点もあります。まず、亜鉛空気電池は、空気中の酸素に依存しています。これは、亜鉛空気電池が空気のない環境では使用できないことを意味します。また、亜鉛空気電池は、他の電池よりも寿命が短いです。これは、亜鉛電極が徐々に消耗するためです。
亜鉛空気電池は、小型電子機器用の優れた電池です。亜鉛空気電池は、軽量で高エネルギー密度、環境に優しいという特徴があります。亜鉛空気電池は、空気のない環境で使用できないという欠点がありますが、小型電子機器用の優れた電池です。
* https://tiisys.com/blog/2022/09/22/post-111529/
アルミ箔電池の容量: 2024-11-03T16:23:34
アルミ箔電池の容量について、整理してみましょう。
1. 理論値と実測値の違い
* 理論値: アルミ箔がすべて反応した場合に得られる、最大限の電気量です。いわば、アルミ箔が持っている電気をすべて引き出すことができたときの値ですね。
* 実測値: 実際に実験で得られた電気量です。理論値よりも少ないのは、アルミ箔がすべて反応しきらない、反応が途中で止まってしまう、などの様々な理由が考えられます。
2. アルミ箔の損耗と容量の関係
* アルミ箔が反応すると、少しずつ薄くなっていき、最終的には穴が開いてしまいます。この穴の部分は、もう電気を作ることができません。
* 実測値が理論値よりもかなり少ないのは、この穴が開いてしまうことが大きな原因の一つです。
3. 自作電池と実測値の比較
* 自作電池で1mAhを得られたとしても、アルミ箔の重さを考慮すると、実はそれほど効率が良いとは言えないかもしれません。
* 他の研究では、アルミ箔1平方センチメートルあたり20mAh程度が一般的な値と言われています。自作電池の面積が6平方センチメートルであれば、理論的には120mAh程度は得られる計算になります。
疑問点の解消
* なぜ実測値が理論値よりもずっと小さいのか？
* アルミ箔がすべて反応しない、反応が途中で止まる、などの様々な理由が考えられます。
* アルミ箔の純度や、電解液の種類、実験条件など、様々な要因が実測値に影響を与えます。
* 自作電池の性能を上げるには？
* アルミ箔の表面をきれいにする、電解液の濃度を変える、実験条件を最適化するなど、様々な方法が考えられます。
* 12mAを10時間キープするのは難しいのか？
* 電池の容量と、負荷（抵抗）の大きさによって放電時間が決まります。1.2ボルト電圧で100Ω抵抗に12mAの電流を流すことは、理論的には可能です。しかし、実際には電池の内部抵抗や、電圧の低下など、様々な要因によって放電時間が短くなることがあります。
まとめ
アルミ箔電池の容量は、理論的には非常に高いのですが、実際に得られる電気量は、様々な要因によって大きく左右されます。自作電池の性能を上げるためには、実験条件を細かく調整し、最適な条件を見つけることが重要です。
アルミ箔電池放電時間ごとの圧力効果: 2024-11-04T08:51:41
アルミ箔スポンジ電池におけるスポンジ圧力効果の深掘り
現状の理解と新たな疑問点
ご提示いただいた文章から、スポンジの圧力がアルミ箔スポンジ電池の電圧に大きな影響を与えることが明らかになっています。特に、放電の初期と後半で最適な圧力が異なるという点は非常に興味深い現象です。
* 初期段階: スポンジを圧縮することで、電極への酸素供給が促進され、電圧が上昇する。これは、スポンジの細孔が圧縮されることで、空気がより効率的に電極に到達するためと考えられます。
* 後半段階: 圧力を解放することで、電圧が上昇する。これは、スポンジ内部の活物質の反応が変化し、圧力を下げることで反応が促進される可能性が考えられます。
これらの現象から、以下の疑問点が浮かび上がります。
* なぜ放電の段階で最適な圧力が変化するのか？
* スポンジ内の水分量の変化が影響しているのか？
* 電極表面での反応生成物の蓄積が影響しているのか？
* スポンジの構造的な変化が影響しているのか？
* 圧力によって何が変化しているのか？
* 空気の拡散速度
* 電解液の移動速度
* 電極表面積
* 活物質の反応速度
* 最適な圧力制御によって、どのような電池特性の改善が期待できるのか？
* 高出力化
* 長寿命化
* 高エネルギー密度化
今後の検討方向
これらの疑問点を解決するために、以下の検討を行うことが考えられます。
* 実験条件の系統的な変化:
* スポンジの種類、密度、厚さなどを変化させ、電圧への影響を比較する。
* 放電速度を変化させ、圧力効果の変化を観察する。
* 温度を変化させ、圧力効果の変化を観察する。
* スポンジ内部の状態観察:
* スポンジ内部の空隙構造を可視化する。
* スポンジ内の水分分布や反応生成物を分析する。
* 理論モデルの構築:
* スポンジ内の物質移動や電極反応を記述するモデルを作成し、実験結果との比較を行う。
* 機械学習の活用:
* 多数の実験データを基に、最適な圧力制御アルゴリズムを開発する。
まとめ
スポンジ圧力効果は、アルミ箔スポンジ電池の性能を大きく左右する重要な要素です。より詳細な実験と理論的な考察を通じて、この現象のメカニズムを解明し、高性能な電池開発につなげることが期待されます。
アルミ箔スポンジ電池への圧力効果: 2024-11-04T18:53:13
アルミ箔スポンジ電池への圧力効果に関する研究計画の深堀
研究目的の再定義
これまでの実験結果から、アルミ箔スポンジ電池に外部からの力、特に圧力が加わることで電圧が変動するという興味深い現象が確認されています。この現象のメカニズムを解明し、電池性能への影響を定量的に評価することで、より高性能な電池の開発に繋げることが本研究の目的です。
具体的な研究内容
1. 圧力と電圧の関係性の定量化
* 圧力印加装置の製作: アルミ箔とスポンジに一定の圧力を加えることができる装置を製作します。
* 圧力範囲: 幅広い圧力範囲で実験を行い、電圧変化の傾向を把握します。
* 圧力印加時間: 圧力を加える時間、間隔を変化させ、電圧への影響を比較します。
2. 圧力印加部位と電圧変化の関係
* 電極への圧力: 各電極に個別に圧力を加え、電圧変化を比較します。
* スポンジへの圧力: スポンジ部分に圧力を加え、電解液の移動や反応への影響を調べます。
3. 圧力印加時の電流変化
* 電流測定: 圧力印加時の電流変化を測定し、電圧変化との相関性を調べます。
* 内部抵抗の変化: 圧力による内部抵抗の変化を推定します。
4. 圧力による電極の変形と接触面積の変化
* 顕微鏡観察: 圧力印加前後の電極表面を顕微鏡で観察し、変形の様子を記録します。
* 接触面積測定: 圧力による電極間の接触面積の変化を測定します。
5. 圧力による電解液の移動と濃度変化
* 電解液の観察: 圧力印加時の電解液の移動を可視化し、濃度変化を測定します。
* 電解液の種類: 異なる電解液を用いて実験を行い、電解液の種類による影響を調べます。
仮説と期待される結果
* 圧力による電極の変形: 圧力が加わることで、電極が変形し、電解液との接触面積が変化することで電圧が変化すると考えられます。
* 電解液の移動: 圧力によって電解液が移動し、電極界面での反応が促進されることで電圧が上昇すると考えられます。
* 内部抵抗の変化: 圧力によって電極間の接触抵抗が変化し、内部抵抗が変化すると考えられます。
これらの仮説に基づいて実験を行い、データ解析を行うことで、アルミ箔スポンジ電池の圧力効果に関するメカニズムを解明し、より高性能な電池開発に繋げることが期待されます。
今後の展望
* 理論的な裏付け: 電気化学理論に基づいて、実験結果を解釈し、モデル化を行います。
* 他の外部要因との複合効果: 温度、湿度、振動など、他の外部要因との複合効果を調べます。
* 実用化への展開: 実験結果に基づいて、より実用的な電池の設計を行います。
この研究を通じて、アルミ箔スポンジ電池の新たな可能性を探求し、より高度なエネルギーデバイスの開発に貢献したいと考えています。
探究の日々: 2024-11-05T16:22:31
これまでの経験を振り返りながら、新たな自分を見つけるための充電期間として過ごしています。電池研究や健康化学といった興味のある分野の探求に加え、人との交流を通して、自己成長の機会を積極的に捉えています。これらの経験が、今後のキャリアに必ず活かされると信じています。
自宅で電池研究、健康化学の調査、自律神経の治療静養、喫茶店や飲み屋での会話、たまに仕事求職。夢見ることと筆記記録が主な活動。
アルミ箔電池への亜鉛カバー効果: 2024-11-05T16:25:15
アルミ箔電池の改良と考察：亜鉛板と電圧の謎
亜鉛板の添加効果
アルミ箔電池に亜鉛板を追加することで、アルミ箔の消耗が遅くなるという興味深い現象が観察されていますね。この現象は、以下の理由で説明できる可能性があります。
* 電位差の低下: 亜鉛はアルミニウムよりもイオン化傾向が低いため、亜鉛板を追加することで、アルミニウムと電解液の間の電位差が小さくなります。これにより、アルミニウムの酸化反応が抑制され、結果的にアルミ箔の消耗が遅くなるのです。
* 新たな電極反応: 亜鉛板が新たな電極として働き、アルミニウムと亜鉛の両方が電極反応に関与するようになります。これにより、電流経路が分散され、アルミニウムへの負荷が軽減される可能性があります。
電圧の変動
アルミ箔電池の電圧が0.4ボルトに下がるという現象は、以下の要因が考えられます。
* 電解液の濃度: 電解液の濃度が変化すると、電圧も変化します。電解液が濃くなると電圧は上昇し、薄くなると電圧は低下する傾向があります。
* 電極の表面状態: 電極の表面状態、特にアルミニウムの酸化膜の厚さや、スポンジとの接触状態によって、電圧が大きく変動します。
* 内部抵抗: 電池内部の抵抗が大きいと、電流が流れにくくなり、電圧が低下します。
スポンジとアルミ箔界面での反応
スポンジとアルミ箔の界面で酸化還元反応が起こり、充放電が行われているという仮説は、非常に興味深いものです。この仮説を検証するためには、以下の実験を行うことが考えられます。
* スポンジの種類を変えて実験: 異なる種類のスポンジを用いて、電圧や電流の変化を比較することで、スポンジの種類が反応に与える影響を調べることができます。
* スポンジの表面処理: スポンジの表面を様々な方法で処理し、電極との接触状態を変えて実験することで、界面での反応にどのような変化が起こるかを調べることができます。
* 電解液の成分を変えて実験: 異なる電解液を用いて実験することで、電解液の成分が反応に与える影響を調べることができます。
今後の展望
アルミ箔電池は、その手軽さから、小規模な実験や教育の場などで広く利用されています。今回の実験結果を踏まえ、より安定した電圧を得るための研究や、様々な電解液や電極材料を用いた新たな電池の開発が期待されます。
まとめ
亜鉛板の添加は、アルミ箔電池の性能を向上させる効果が期待できます。しかし、電圧の安定化や長寿命化のためには、さらなる研究が必要となります。スポンジとアルミ箔の界面での反応についても、より詳細な解析が必要であり、今後の研究によって新たな発見が期待されます。
今後の研究テーマの例
* 異なる金属板を用いた場合の比較
* 各種添加剤の効果
* 電解液の最適化
* 電池構造の改良
* 充放電特性の評価
これらの研究を通じて、アルミ箔電池の性能を最大限に引き出し、様々な分野への応用が期待されます。
亜鉛空気電池 ニッケル亜鉛電池
亜鉛を用いた電極は、充放電を繰り返す際にアルミニウム電極のようにボロボロに劣化しにくい特性を持っています。このため、亜鉛を使用することで電池の寿命や「サイクル特性」を改善できる可能性が高く、特に二次電池（充電可能な電池）において期待されています。電池のサイクル特性とは、電池を何度も充放電した際に、その性能がどの程度維持されるかを示すもので、長期にわたる使用に耐えるためには、この特性が非常に重要です。亜鉛電極を用いることで、電極が破損しにくくなることから、サイクル特性の向上が見込まれるのです。
対極には「空気極」が用いられることが多く、空気極は電解液を用いる水系の電池設計と組み合わせやすいです。この際、空気極の集電体にステンレスが適しているかが課題として浮上します。ステンレスは強度や耐食性に優れるため、集電体として使いやすい素材ですが、長期使用における安定性や効率の面で十分かどうかはさらに検討が必要です。
特に近年注目されているのが、ニッケル水素電池を基にした「ニッケル亜鉛電池」です。ニッケル亜鉛電池は、ニッケル水素電池の構造や仕組みを活かしながらも、亜鉛を使用することで新たな性能向上を狙った設計です。ニッケル水素電池の長所である耐久性やエネルギー密度を引き継ぎつつ、亜鉛の特徴を活かしてコスト削減や安全性の向上が期待されています。また、ニッケル亜鉛電池は水系電解液を使用して製造できるため、リチウムイオン電池に比べて安全性が高く、製造コストも抑えられるメリットがあります。これは環境面でも有利です。
しかし、現段階でニッケル亜鉛電池のサイクル特性はまだ課題が多く、充放電サイクルに限界があるとされています。これは、充放電を繰り返すごとに電極や電解質が劣化し、電池の性能が低下するためです。このため、サイクル特性の改善には、亜鉛の電極材料や空気極の材質の工夫、さらには電解質の改良が必要です。実際にサイクル特性を測定し、劣化の原因やメカニズムを解明するのは非常に手間と時間がかかる作業ですが、電池の耐久性や実用性を評価する上で不可欠な工程です。
今後、ニッケル亜鉛電池が普及すれば、家庭用蓄電や電動モビリティの分野で、より安全で環境に優しいエネルギーソリューションの一端を担う可能性があります。そのため、サイクル特性を向上させるための研究開発が進められており、より実用的な電池が開発されることが期待されています。
めっきの右ネジの法則右回りの渦2024-10-27T00:20:18
電池やメッキも物質の進む向きに右回りの回転渦流が、あるはず。マイナス極に向かう金属イオンがいくつも集まり柱状にメッキが成長する。電池にもあるはず。
葉脈標本 植物メッキ 電気めっき植物標本 磁性体メッキ
【空想めっき君】葉脈標本は葉肉を重曹で煮溶かしてからハイター次亜塩素酸で仕上げの漂白をする。標本としてというより美術的に美しい。ただ漂白した葉脈はもろく壊れやすい。金属でコーティングすることで強度が出せるはず。
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このワイルドマインドというサイトはアウトドア自然体験と理科工作の融合的なサイトで、最初のオリジナルレポートと読者のやってみたレポが集まっている。
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葉っぱめっきは無電解めっきで見たことがある。葉っぱの電気めっきもおそらく可能だろう。めっきと葉の密着が気になる。葉に電気は少ししか流れないだろうが、下敷きできな電極にかぶせるように葉を置けば電気めっきできる。
では葉脈めっきはどうだろう？無電解めっきなら可能だろう。電気めっきで下敷き電極は使いにくいだろう。ごく微弱な電流でめっきすれば葉脈にめっきされるだろうか？
植物のつながりでもう一つ。鉢植えの土に金属を入れておいて根を電気めっきで金属化する。金属で覆われた根が還元部になって茎から上の部分を対極とするような植物めっき。できるのだろうか？水を吸い力が強い植物なら可能か？
根と葉に異なる金属をそれぞれめっきしたら、それを繋ぐ電池になるのか？葉は空気極として根の金属がゆっくり酸化していけば電気が取り出せる電池になるのだろうか？
アクロバティックな電池づくりを空想している。用途はまだ見つからない。観賞用か。
アクサセリーとして銅めっきでキレイにできれば十分成功。きれいなら物好きが買ってくれるかもしれない。
葉脈に鉄の磁性体めっきをして磁気センサーを作れるか。磁気センサーは磁性膜を二枚重ねたような構造が基本だ。磁気の変化に対応する電気抵抗変化を見る。
磁気センサーはIoTセンサの基本になると思う。動きや電磁気の通常時の動きとの違いを見ることでセンサとしての要望に応える。自宅めっきで磁気センサは難しそう。鉄のめっきで磁性は確認できる。それの電気抵抗の変化というと小さな変化量だろう。雑な作りの自宅めっきでは精度が出ないと思う。
パタパタ飛行機 オーニソプターは小型軽量電池を使う用途
パタパタ飛行機 オーニソプターは小型軽量電池を使う用途になりえるだろう。長距離飛行や繰り返し使用を考えず、一回限りの燃料電池型電源。燃料としてアルミを使うような燃料電池が軽さとパワーを兼ね備えるかもしれない。
https://engineer.fabcross.jp/archeive/200911_flapping-wing-drone.html
低い電圧の電池のメリット
リチウムイオン電池（LIB）より低い電圧で充電できる電池のメリット
なぜ低い電圧で充電できる電池が必要なのか？
* 再生可能エネルギーの有効活用: 太陽光発電や小型風力発電は、天候に左右され、出力も不安定です。LIBは比較的高い電圧で充電するため、これらの弱く不安定な電力で効率的に充電することが難しい場合があります。
* 小型・軽量電源のニーズ: 自転車のダイナモ発電や超小型風力発電など、限られたスペースや出力で発電するシステムでは、低い電圧で充電できる電池が適しています。
低い電圧で充電できる電池のメリット
* 低電力で充電可能: アルミニウム、鉄、亜鉛などの電池は、LIBよりも低い電圧で充電できます。そのため、太陽光発電や風力発電など、出力の低い電源でも効率的に充電できます。
* 様々な電源に対応: 従来の電子機器はLIBを前提として設計されていますが、シリコン半導体は原理的には低い電圧でも動作可能です。つまり、低い電圧で充電できる電池を使えば、より幅広い電源に対応できる電子機器を開発できる可能性があります。
LIBとの比較
| 特徴 | リチウムイオン電池（LIB） | 低い電圧で充電できる電池 |
| 充電電圧 | 比較的高い | 低い |
| 出力 | 高い | 低い |
| 対応電源 | 比較的安定した電源 | 不安定な電源 |
| 電子機器 | 多くの電子機器が対応 | 特殊な用途向け |
今後の展望
* 新たな電子機器の開発: 低い電圧で充電できる電池は、太陽光発電や風力発電と組み合わせた新たな電子機器の開発に貢献する可能性があります。
* 既存の電子機器の改良: シリコン半導体の特性を活かし、低い電圧で動作する電子機器を開発することで、既存の電子機器の省電力化も期待できます。
まとめ
LIBは高性能ですが、すべての用途に最適なわけではありません。再生可能エネルギーの有効活用や、小型・軽量電源の開発など、特定の用途においては、低い電圧で充電できる電池が大きなメリットをもたらす可能性があります。
**[リンク]**に記載されている再生可能エネルギーと鉛蓄電池の組み合わせも参考に、より効率的なエネルギー利用を目指した研究開発が期待されます。
補足:
* 鉄電池: 出力こそ低いですが、環境負荷が少なく、リサイクルも容易な点が特徴です。
* キャパシタ: 短時間に大量の電気を蓄えることができるデバイスです。低い電圧の電源をいったんキャパシタに蓄え、その後LIBに充電するといった回路の工夫も考えられます。
金属電池のサイクル特性の予想
金属電池のサイクル特性についての予測が報告されています。記事によると、放電特性をもとにサイクル特性を予測できるという結果が示されており、同じサイクル特性の実測値を異なる方法で予測し比較しているようです。
例えば、最もサイクル特性が大きい電池では200回のサイクルが達成されていますが、これは放電や緩和特性から予想された150回を大きく上回っています。これは充電が十分に行われていることが条件となっており、放電や緩和特性が劣化しても、充電が確実にできていれば予想以上のサイクル特性を発揮することがわかります。
つまり、放電特性が悪いとサイクル特性も悪くなりますが、充電が安定していれば予想以上のサイクル特性を保つことができるのです。
金属二次電池においては、アルミ箔電池などで見られる金属の劣化が似たメカニズムで発生すると考えられます。過度な放電は充電効率を下げ、金属電極を傷めてしまうため、次の放電サイクルから劣化が進みやすくなります。長寿命化のためには、充電量を把握し、放電を早めに止めてこまめに充電することが重要です。
サイクルを繰り返すうちに充電が十分に行えなくなり、過度な放電と相まって劣化が進行しているように見えます。
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