アルミニウム空気電池の電圧 Voltage in Aluminum air battery

Consider the voltage of an aluminum air battery.

Citing a DIY photo of an aluminum-air charcoal battery from Saito's Science published in 1999.

A stainless steel or corrosion-resistant plated spoon is used as the core.

It is surrounded by activated charcoal of about 3mm diameter.I am curious about the nature and shape of this activated charcoal.

  

The activated charcoal is wrapped with kitchen paper, aluminum foil, and saran wrap.


Just touching aluminum and stainless steel with a human hand has an electromotive force of 0.5 volts, he said.


We have also been able to measure 0.5 volts of electromotive force when placing aluminum and copper coins (1 yen and 10 yen coins) on the tongue or between them with kitchen paper.


 than aluminum and copper.

The aluminum and carbon electrodes have a higher electromotive force and current.


The potential difference in the database is as follows.

1.6 volts between aluminum and hydrogen

2.0 volts between aluminum and copper


0.5 volts between aluminum and copper, so the actual measurement is

1.5 volts less than the theoretical value.This 1.5 volts is presumed to be the voltage loss.


Aluminum and copper will melt on the tongue in extremely small amounts.Copper, in particular, is a precious metal that does not dissolve easily.However, some people can taste them, so they probably dissolve.


The article states that a battery made of activated charcoal and aluminum foil with a spoon as its core measured a voltage of 1.25 volts.Add to this a voltage loss of 1.5 volts and you get 2.75 volts.


This 2.75 is almost identical to the theoretical value of 2.71 volts on the wiki.

The potential at which aluminum dissolves in alkali is

minus 2.31 volts,

The potential for oxygen to dissolve in water is

plus 0.4 volts

The actual measurement for the case where strong alkali is not used is as follows


The actual value without strong alkali is 0.7 volts.

Saito's science measured 0.5 volts for an aluminum-copper battery in tongue, 

0.7 volts actual value for aluminum air battery in salt water in wiki,

These are realistic values of actual measurements.

I have also measured about 0.5 volts for an aluminum air battery.


The brine aluminum-air battery has a potential difference of 1.2 volts between the aluminum foil and the carbon air electrode, if the voltage loss is compensated for, which is supposed to be the case.

 

The 1.25 volts in Saito's aluminum-activated carbon air battery is a very large voltage compared to the 0.7 volts in the wiki.It is also above the upper limit of what is considered to be the original potential difference of an aluminum air battery in salt water.


The photographic evidence shows 1.014 volts.It is being held tightly by hand and the aluminum foil has been deformed to fit the shape of the activated carbon.The temperature may have also increased.


In wiki,

The original theoretical potential difference of an aluminum air battery using salt water is 1.2 volts

and it does not describe the anode and cathode reactions corresponding to the potential difference in the description.


 I am not sure of the theory behind the actual measured 1.25 volts with the hand-holding effect compared to the 0.7 volts of a typical salt aluminum-air battery.


https://sai.ooiso.net/r19/990818/000.html   

This is Saito's science URL. 


Voltage is a mystery.

Intercalation of porous carbon.

The schematic diagrams of lithium-air and zinc-air batteries show schematically how oxygen enters the holes or layers of porous carbon.


The schematic diagram of a zinc electrode also shows the electrode state where metal and oxide coexist.


Between the electrodes are partitions of solid electrolyte and ion exchange membranes.For this partition, Saito's DIY method uses kitchen paper moistened with salt water.


A demonstration by the Chiba Institute of Technology introduces an aluminum air battery at 0.8 volts.


He did not clench the aluminum foil around the activated carbon grains by hand.If carefully made, 0.8 volts can be produced.


Incidentally, Chiba Institute of Technology's tester has two ranges for voltage, millivolts or volts.The current was in three ranges: microamperes, milliamperes, and amperes.


Carbon pores come in various sizes.It seems that not only are there pores that allow oxygen to enter, but also pores that allow lithium and aluminum ions to enter (intercalation).


The difference in potential between the intercalation potential of those ions and the ionization potential of the metal may be the true potential of the aluminum-air battery that is actually measured?I imagine that this is the true nature of the measured potential of the aluminum air battery.


While the theoretical value of the ionization of aluminum is clearly defined at minus 1.6 volts, the potential of intercalation to carbon is not so clear.Comparing the reaction of metal ions precipitating from water and intercalating into the carbon layer, the same is true for adsorption from the electrolyte solution to the electrode side.


This is similar to electrolytic refining, where a small voltage is applied externally to dissolve the metal on one side and precipitate it on the opposite side.


I imagine that the voltage for this intercalation to occur and the voltage loss of the aluminum-air battery may be related.


There may also be a voltage difference between the potential of oxygen entering the carbon layer and the potential of oxygen leaving the battery.


Also, the metal and oxygen would combine inside the carbon layer to form hydroxide.Even if hydroxide precipitation is formed inside the pores, the carbon electrode as a whole is conductive.


Let us imagine that there should be a carbon layer where oxygen can enter and a carbon layer where metal ions can enter, and they should be close to each other.


Role of the porous carbon electrode in an air battery


What is the role of the carbon electrode during discharge?


The role of the carbon electrode during discharge would be to take in oxygen and metal ions as hydroxides, while maintaining conductivity as an electrode.


In the cathode of a lead-acid battery, lead dioxide is used for its conductivity.


In air batteries, the key technology would be a carbon electrode that retains conductivity as an entire electrode even when less conductive oxides or hydroxides are deposited, similar to the lead oxide in lead-acid batteries.


Is the low conductivity oxide or hydroxide intercalating into the carbon electrode aluminum oxide or aluminum hydroxide, or sodium oxide or sodium hydroxide?


Thinking up to this point, we realize that a porous carbon electrode could localize sodium hydroxide as well as aluminum hydroxide.


It is possible that the activated carbon used in Saito's science class could have generated chlorine gas from the salt to make sodium hydroxide, and that the strong alkali would dissolve the aluminum, resulting in a high voltage.


What kind of activated carbon would be used to generate trace amounts of chlorine gas from salt?


Electrolysis of brine generates hydrogen and chlorine.Hydrogen is generated at the cathode and becomes alkaline.The anode generates chlorine, making it acidic.


This may be the reaction that occurs in the electrode of activated carbon particles.It can be assumed that chlorine gas is generated locally in the carbon electrode.


Just as corrosion occurs in a local battery, there could be a local reaction within the carbon electrodes of the battery.


I tried various imaginations to explain the 1.25-volt voltage of the aluminum-air battery.


The conductive porous carbon electrode has a secret.I would like to process this with salt agar with activated carbon to make it easier to use.I plan to make an electrode with more activated carbon and less agar, using the sponge as the agar core.



アルミニウム空気電池の電圧を考える。


1999年公開の斎藤の理科からアルミ空気炭電池のDIY写真を引用する。

ステンレスまたは防蝕めっきしたスプーンを芯にして
3ミリ径ほどの活性炭で周りを固めている。この活性炭の性質や形状が気になる。


  
キッチンペーパー、アルミ箔、サランラップで活性炭を巻いています。

アルミとステンレスを人間の手で触るだけで起電力0.5ボルトはある、という。

アルミと銅の硬貨(1円玉と10円玉)を舌に乗せたり、キッチンペーパーで挟むときも起電力0.5ボルトを測定できている。

 アルミと銅より
アルミと炭素電極のほうが起電力も大きく電流も大きいという。

データベースの電位差は以下の通り。
アルミと水素間で1.6ボルト
アルミと銅間で2.0ボルト

アルミと銅で0.5ボルトの実測だから
理論値より1.5ボルト小さい。この1.5ボルトが電圧損失だと推測される。

アルミや銅が舌で溶けるのは極めて微量だろう。特に銅は溶けにくい貴金属だ。だが味を感じる人はいるから溶けるのだろう。

スプーンを芯に活性炭とアルミニウム箔で作る電池が電圧1.25ボルトを実測したと書いてある。これに1.5ボルトの電圧損失を加えると2.75ボルト。


この2.75はwikiでの理論値2.71ボルトにほぼ一致している。
アルミがアルカリに溶ける電位が
マイナス2.31ボルト、
酸素が水に溶ける電位が
プラス0.4ボルト
と説明されている。

強アルカリを使わない場合の実測値は0.7ボルト。

斎藤の理科で舌でアルミ銅電池が0.5ボルト実測値、 
wikiで食塩水でのアルミ空気電池が0.7ボルト実測値、
これらは実測値の現実的な値だ。
私の実測でもアルミニウム空気電池は0.5ボルトほどだ。


食塩水のアルミ空気電池には電圧損失分を補うと、本来は1.2ボルトの電位差がアルミ箔と炭素空気極間にある、とされる。
 

斎藤さんのアルミ活性炭空気電池の1.25ボルトは、wikiでの0.7ボルトと比べて非常に大きな電圧だ。また食塩水でのアルミニウム空気電池の本来の電位差とされる値の上限を超えている。

証拠写真には1.014ボルトが撮影されている。手で強く握り締めていて、アルミ箔も活性炭の形に合わせて変形している。温度も上がっているかもしれない。


wikiでは、
食塩水を使うアルミ空気電池の本来の理論電位差は1.2ボルト
との説明の電位差に対応するアノード、カソードの反応は書かれていない。

 一般的な食塩アルミ空気電池の0.7ボルトに比べて、手で握る効果で1.25ボルトを実測できた理論がよく分からない。

https://sai.ooiso.net/r19/990818/000.html   
斎藤の理科のURLだ。 


電圧だけでも謎が多い。

【多孔質炭素のインターカレーション】

リチウム空気電池、亜鉛空気電池の模式図を見ると、多孔質炭素の穴または層に酸素が入る様子が模式的に示されている。



また亜鉛電極の模式図では金属と酸化物の共存する電極状態も示されている。

電極間には固体電解質やイオン交換膜の仕切りがある。この仕切りを斎藤さんのDIYでは食塩水で湿らせたキッチンペーパーを使っている。

千葉工業大学のデモンストレーションでアルミ空気電池が0.8ボルトであると紹介されている。

活性炭粒の周りのアルミ箔を手で握り締めるようなことはしていない。丁寧に作れば0.8ボルトは出せる。

ちなみに千葉工業大学のテスターは電圧はミリボルトかボルトの2レンジ。電流はマイクロアンペア、ミリアンペア、アンペアの3レンジのあるものを使っていた。


炭素の細孔にはさまざまな大きさがある。酸素が入ると細孔だけでなく、リチウムやアルミのイオンが入り込む(インターカレーション)する細孔もあるようだ。

そのイオンのインターカレーションの電位と金属のイオン化の電位差が実測されるアルミ空気電池の電位の正体ではないか?と想像している。


アルミのイオン化がマイナス1.6ボルトに理論値がはっきりしているのに対して、炭素へのインターカレーションする電位ははっきりしない。金属イオンが水から析出する反応と炭素層にインターカレーションする反応を比べてみると、電解質液から電極側に吸着するという点は同じだ。

これは外部から小さな電圧をかける電解精錬のように一方で金属を溶かし、対極で金属を析出させる時と似ている。

このインターカレーションが起きるための電圧と、アルミ空気電池の電圧損失は関係あるかもしれないと想像している。


炭素層に酸素が入ってくる電位と電池内へ出ていく時の電位でも、電圧の違いがありそうだ。

また炭素層内部で金属と酸素が結合して水酸化物ができるだろう。細孔内部に水酸化物の析出ができても、炭素電極全体では導電性がある。

酸素が入る炭素層と金属イオンが入る炭素層があって互いに近いと良いと、想像してみる。


【空気電池の多孔質炭素電極の役割】

放電時の炭素電極の役割は、

酸素を取り込み金属イオンを水酸化物として取り込みながら、電極としての導電性を保つことだろう。


鉛蓄電池の正極では、二酸化鉛が導電性があることを利用している。


空気電池では導電性の低い酸化物または水酸化物が析出しても電極全体として導電性を保つ炭素電極が、鉛蓄電池の酸化鉛と似たような鍵の技術となる。


炭素電極にインターカレーションする導電性の低い酸化物や水酸化物はアルミ酸化物や水酸化アルミニウムなのか、ナトリウム酸化物や水酸化ナトリウムなのか?


ここまで考えて、多孔質炭素電極は水酸化アルミニウムだけでなく水酸化ナトリウムも局所的に発生する可能性に気がつく。

斎藤の理科で使われた活性炭が、食塩から塩素ガスを発生させて水酸化ナトリウムをできて、その強アルカリでアルミニウムが溶けて高い電圧が得られた可能性がある。


食塩から微量な塩素ガスが発生させるための活性炭はどんなものだろうか?

食塩水を電気分解すると水素と塩素が発生する。陰極で水素発生してアルカリ性になる。陽極で塩素発生して酸性になる。

これが活性炭粒子の電極のなかで起きた反応かもしれない。炭素電極のなかで局所的に塩素ガスが発生したと推測できる。

腐食が局所電池で進むように、電池の炭素電極内の局所反応もあり得るだろう。


アルミニウム空気電池の1.25ボルトの電圧を説明するためにいろんな想像をしてみた。

導電性多孔質炭素電極には秘密がある。これを活性炭入りの食塩寒天で使いやすく加工してみたい。スポンジを寒天の芯にして活性炭を増やして寒天を減らした電極を作る予定だ。

【Iron charge/discharge battery DIY】炭スポンジを寒天で固めた電極一体成型の鉄電池DIY

Iron charge/discharge battery


We made an iron battery by hardening charcoal sponge with agar.

I made an iron air battery in March this year, so I improved it and tried again.


https://mokuyojuku.blogspot.com/2023/12/blog-post_13.html


The black charcoal agar turned reddish brown.


The discoloration must have been caused by the doping of the iron entering the agar.


The area is approximately 25 square centimeters.


Just over 3 cm✕8 cm.


The battery voltage is 700 millivolts instantaneous maximum,


400 millivolts during normal operation.


The voltage drops to 200 millivolts when current is applied.


The maximum discharge current is 0.5 milliamps.


The discharge current is normally 0.3 to 0.2 milliamps.


The discharge current is not stable and drops.


Discharge current is about 0.015 milliamps per square centimeter.Low.It seems to be lower than the aluminum air battery I made myself.Is this a fundamental problem because iron does not melt as easily as aluminum?


The advantage of iron batteries is their cost performance.Since no special materials are used, they are indeed cheap.From the top of the photo showing the construction: charcoal sponge, paper, stainless steel mesh, paper, charcoal sponge, and copper foil plate.

Charging is from 300 mA to 550 mA at 3.0 volts constant voltage for 250 seconds, with the current increasing in the second half. 60 mA flows when charging at 1.3 volts.


Charging is difficult with aluminum air batteries, so the ease of charging is an advantage of iron batteries.


In charging iron electrodes, the iron is moved to the negative side.


Iron acetate is reduced to metallic iron, or


Iron ions enter the charcoal sponge agar.


The iron in the agar during charging,


rusted and oxidized during discharge, appearing reddish brown.


The charcoal sponge agar is wrapped with rubber to match the electrode.Tried to charge each of the poles below the liquid surface separately at the intermediate electrode.


The ingenious point is to change the orientation of the battery vertically and horizontally.Although this requires more work, it is easier in terms of materials.


During discharge, we plan to stand the battery upright and immerse it entirely in the electrolyte solution.


The iron-air battery seems to work well enough.


The copper electrode does not work.Copper can be oxidized and dissolved during charging, but it cannot be reduced and deposited with air.It is impossible to parallel an iron-air battery and a copper-air battery.A different device is needed.

Iron is minus 0.4 volts


Copper has a standard potential of plus 0.3 volts


between these two electrodes would result in a battery with a voltage of 0.7 volts.


In fact, without the copper electrode working


0.4 volts on the iron electrode


0.0 volts on the hydrogen electrode


I estimate that a voltage of 400 millivolts was produced between the


The current value is too small and we want to improve the carbon electrode. 



【鉄充放電電池】炭スポンジを寒天で固めて鉄電池を作りました。




今年3月に鉄空気電池を作ったので改良して再挑戦。

https://mokuyojuku.blogspot.com/2023/12/blog-post_13.html

黒い炭寒天が赤茶色に変わっていました。




鉄が入り込むドーピングが出来て変色したのでしょう。

面積はおよそ25平方センチメートル。

3センチ✕8センチ強。

電池電圧は瞬間最高が700ミリボルト、

通常時400ミリボルト。

電流が流れると電圧は200ミリボルトまで下がる。

放電電流は最高0.5ミリアンペア。

通常0.3から0.2ミリ。

放電電流は安定せずに、さがる。

放電電流は1平方センチ当たり0.015ミリアンペア程度。低い。自作のアルミ空気電池より低いようだ。アルミより鉄は溶けにくいから原理的な問題なのか。

鉄電池はコスパがメリットだ。特別な材料は使わないから、たしかに安上がりに出来てる。構造を示した写真の上から炭スポンジ、紙、ステンレスメッシュ、紙、炭スポンジ、銅箔板。




充電は3.0ボルト定電圧で300ミリアンペアから550ミリアンペア。250秒、後半に電流が上がっていく。1.3ボルトで充電すると60ミリアンペア流れる。

充電はアルミ空気電池では難しいので、充電しやすいのは鉄電池のメリットだ。

鉄電極の充電ではマイナス側にして鉄を動かす。

酢酸鉄が還元されて金属鉄になる、または

炭スポンジ寒天の中に鉄イオンが入り込む。

充電時に寒天の中に入っていた鉄が、

放電時に錆びて酸化して赤茶色に見えた

炭スポンジ寒天をゴムで電極と合わせて巻いてある。中間電極で液面下側の極をそれぞれ別々に充電しようとした。

電池の上下縦横の向きを変える点に工夫がある。手間は増えるが素材材料面は楽になる。




放電時には立たせて全体を電解質液に浸す予定。

鉄空気電池は十分に働いているように思う。

銅電極は働かない。銅を充電時に酸化して溶けたすことは出来ても、空気で還元析出するのは無理だ。鉄空気電池と銅空気電池を並列化するのは無理だ。別の工夫が必要だ。


鉄はマイナス0.4ボルト

銅はプラス0.3ボルト

の標準電位で、この2つの電極間なら0.7ボルトの電圧の電池になる。

実際には銅電極が働かないで

鉄電極の0.4ボルト

水素極の0.0ボルト

との間で400ミリボルトの電圧が出ていたと推測している。

電流値が小さすぎるので炭素電極の改善したい。

ダイソー鼻水とり器をDIYシーシャに /ネブライザー自作も検討

【鼻水とり器】ダイソーで鼻水とり器を見つけた。存在は知っていたが、まさか百均ショップにあるとは、驚きだ。

赤ちゃんの鼻詰まりを吸い取る器具だ。私も鼻詰まりだが、この器具はその用途では使えない。
先日から気になっているシーシャ台自作の用途だ。ボトルのフタに2つ穴がある。穴にはチューブが内外ともに繋げる。

赤ちゃんの鼻水とり器ということは一旦忘れる。ペットボトルとはキャップの径が違った。先端の外径が似ているガラス花瓶に繋げた。パッキングはサランラップを巻いて上からセロテープで補強だ。

通常のシーシャは煙の出る部分が真っ直ぐ上にある。前回はじょうごで代用した。今回はじょうごを支えるパイプが手元になかった。本物のタバコをチューブで繋いで、煙を水を通して吸ってみた。ニコチン中毒が怖いが吸えることの確認だけは出来た。

シーシャの煙や蒸気を水を通してぶくぶくさせる部分の自作は、この鼻水とり器があれば簡単だ。ほとんどDIYらしい作業もない。チューブの長さを合わせて切って繋げるだけ。

ただ煙や水蒸気の発生部分は、もう少し考える余地がある。煙管やタバコ以外を検討する。主に焙煎した茶葉や珈琲豆の香りを吸いたい。

急須の注ぎ口からチューブを繋げることも出来そうだ。急須内部にろうそく台と茶葉を入れて蓋をすれば蒸気と煙が吸える。ただ煙を吸うよりもフレーバー蒸気を吸いたいのでお湯に茶葉やフレーバーを入れて吸う予定だ。

またシーシャの吸い口に本来の鼻水とり器の鼻穴にあてる器具を使ってネブライザー自作もしてみたい。医療器具とまでは言えない。鼻タバコの一種だ。

嗅覚のリハビリに使えるかもしれない。特に私は右鼻の麻痺的な副鼻腔炎がある。慎重に検討して自ら試したい。


百均ショップの中を隅から隅まで歩き回った。金魚鉢の横のチューブ、赤ちゃんケアや介護コーナーなど普段、気にしない売り場まで色んな商品を見てみた。どれも本来の使い方とは別の視点で見てる。

Iron-air battery DIY plan 鉄スポンジ型充放電電池の作製と特性測定を計画

I tried to make my own iron-air battery and charge and discharge it before.The problem was poor adhesion with the kitchen paper that divides the electrodes.

Binchotan is crushed into powder and hardened with glue or agar throughout both electrodes on both sides of the kitchen paper.The iron electrode is a sponge with iron powder deposited on it.I will try again with copper plate or sponge with copper powder deposited on the opposite electrode.

A coffee milling machine will be useful to crush the charcoal.For the glue, I will try gelatin, agar, arabic glue, wood glue, and salt water.

The sponge is 1 cm thick with large holes throughout.Cut and trim with scissors.

The iron source is disposable body warmer.

Copper source is copper sulfate.Or use a copper salt solution made by oxidizing and dissolving a copper plate in Sampol hydrochloric acid.

Charge-discharge and cycle characteristics are also measured.We have confirmed that the first three discharges are at a high voltage and current, and we would like to try more than 20 charge-discharge cycles.

Examine the weight and electric energy before and after charging and discharging.Measure the amount of electricity discharged in relation to the amount of electricity charged.

Use vinegar and salt as electrolyte.Add Sampol hydrochloric acid and measure the PH.Compare before and after charging/discharging and before and after cycle characteristic measurement.

We will also compare the battery characteristics when the electrolyte solution is shaken and the liquid flows in the electrolyte solution.

Install electrical wires in multiple locations to check electrical characteristics.Compare the electromotive force at each electrode position.


鉄空気電池の自作と充電と放電を以前試しました。電極を仕切るキッチンペーパーとの密着が悪いのが課題でした。

備長炭を砕いて粉にしてキッチンペーパーの両面の両電極全体を糊や寒天で固める。鉄電極はスポンジに鉄粉を析出させた物。対極を銅板かスポンジに銅粉を析出させた物で再度トライする予定。

炭を砕くのはコーヒーミルサーが役立ちそう。糊はゼラチン、寒天、アラビック糊、木工ボンドに食塩水を加えてみる。

スポンジは1センチ厚で全体の穴の大きなスポンジ。ハサミで切り整える。

鉄源は使い捨てカイロ。

銅源は硫酸銅。または銅板をサンポール塩酸のなかで酸化溶解させて作る銅塩の液を使う。

充放電特性、サイクル特性も測る。最初の3回ぐらいは高い電圧電流の放電が出来るのは確認できている。20回以上の充放電サイクルを試したい。

充放電前後の重量や電気量を調べる。充電電気量に対して放電電気量がどの程度か、を実測する。

電解液に食酢と食塩を使う。サンポール塩酸も追加してみる。PHも測る。充放電前後やサイクル特性測定前後で比べる。

また電解質液のなかで揺らして液をフローさせた時の電池特性も。

電気特性を調べるための電線を複数箇所に仕込んでおく。電極の位置ごとの起電力を比べる。


ボトル茶葉シーシャをDIY / 淹れたて緑茶も飲める

【変わり種シーシャDIY】百均ショップのペットボトルキャップに注目してみた。キャップ内部に付ける曲がるストローの長さを調整した。ストローの上部に緑茶パックを結び付けてみた。ストロー口から吸うときストローの反対側の上端を水面から出すと緑茶の蒸気が吸える。その吸うときだけお湯に茶葉が浸る。もちろんストローの先を液面の下になるように持ち替えればお茶がチューチュー飲める。

#シーシャ #自作 #DIY #百均ショップ #ペットボトルキャップ #ストロー #緑茶パック #緑茶フレーバー #水タバコ #工夫 #緑茶 #ペットボトル #PET

鉄空気電池を作って充放電させた【再掲】

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鉄炭空気電池を作りました【再掲】

鉄空気電池は安価な充電池

鉄炭空気電池を作りました。鉄空気電池の空気極は備長炭の炭電極です。備長炭にアルミ箔を巻くアルミ空気電池の仲間。
安価で据え置きタイプの大型充電池になるはずの鉄空気電池は世界的に研究されています。

身の回りの品だけで作りました。

まずは作成時の特性を紹介。

鉄空気電池をテスターで測ると

1.2ミリアンペア、0.4ボルト

の電圧があります。

1.2*0.4で0.48ミリワットが作製初期時の特性です。

アルミ炭空気電池より作成直後の電池性能はやや劣っています。


アルミ炭空気電池は12ミリアンペア、0.6ボルト

で7.2ミリワットです。

少し大きなアルミ炭空気電池ならば80ミリアンペア出るというネット記事がある。アルミ箔がボロボロになると終了。

鉄炭空気電池は充電式になる予定。

詳しい材料や電池特性は後日、追記します。

画像
電圧計(2.0ボルト範囲のテスター)で測る


画像
電流計(20ミリアンペア範囲のテスター)で測る

鉄空気電池は充電後に電流が流れる


初日は充電後に最高電流値2.4ミリアンペア。0.6ボルト。
2日目は充電後に最高値4.0ミリアンペアを記録。0.6ボルト。
ただ、充電時間を伸ばしても4.0ミリは超えず3.5ミリアンペア程度からゆっくり下がる現象があります。おそらく同時に電圧も下がっています。
テスターは一つで電流値と電圧の時間変化を同時に測ったことはないです。

電流×電圧の電力を4ミリアンペア、0.6ボルトから2.4ミリワットと見積もりました。

作成時の0.48ミリワットと比べて充電の効果は明らかです。


ライバルはアルミニウム空気電池


アルミ炭空気電池の実力は7.2ミリワットと実験値から見積もりました。

アルミ炭空気電池には充電してないので一次電池です。鉄にすると充電しやすいのは文献の通りです。

アルミも同様な充電を一応して確認したいです。アルミ空気電池の充電は無理だとされています。

改善候補は高抵抗な部分

電極自体や電極を隔てる紙などの抵抗値を測定すると2Ωから60Ω程度の電気の流れやすい素材と、60キロΩから300キロΩの流れにくい素材が混在してました。

特に電解液を染み込ませた電解質膜の紙の抵抗値、電極との接触抵抗が課題になります。

手でギュッと押し付けると接触抵抗が下がり、電流値が上がります。

電位差が起電力のはずですが、電圧0.6ボルトもテスター端子の位置で0.3ボルトぐらいまで下がります。測り方に気をつけるようにします。

理論的な起電力は1.3ボルトほどですが、実際の鉄空気電池は0.8ボルト出たら上出来のようです。


工夫は電解質を食塩入り寒天にして固めたこと

鉄アノードは密着性を重視します。温熱カイロの中の鉄粉を磁石で集めました。糊や寒天でゼリー状に固めました。

炭空気カソードは空気の入りやすさと導電性を上げるようにしたいのですが、炭素粉と墨汁を寒天と糊で固めたインク電極より、備長炭が良さそうでした。備長炭とインクを組み合わせたらもう少し改善するかも。


コーヒーフィルターが影で活躍


コーヒーフィルターの内側、外側に電極を貼り付けた電池です。全体をビニールパッケージにいれました。


充電できる電池と名乗りたい

アルミ電池との相違点である充電機能をしっかり調べたい。

コーヒーフィルターと鉄粉と寒天電解質との密着性も気になる。寒天は乾燥してしまうから水を補給する形になる。


電流値がすぐに下がる問題

電流値が高いまま安定させたい。備長炭の空気カソードとの間で電圧が下がる理由がありそう。

以前の知見から鉄アノードの電位は安定して、空気カソード側の電位がアノード側に近づくような電圧降下があると予想してる。

自分で測りたいが、まだ測定していない。

カソード側の電圧降下は、
ガスの発生が怪しいが今の時点では観察出来てない。


ミルサーで挽いたコーヒー豆を蒸し焼きしたら炭素粉

コーヒー豆を挽いた粉も炭素粉として空気極になるのかな?と思う。炭素の粉を自作してみると導電性をあげるのに役立つかもしれない。

以前、ティッシュペーパーを蒸し焼きにして炭素粉は簡単に作れた。火をつけて蓋をした瓶の中で密閉させて蒸し焼きにする。

ティッシュ一枚からできる炭の粉の量は非常に少ない。また備長炭に比べて焼成温度が上がらないので電導度も低い可能性がある。備長炭を砕くことも検討したが備長炭は非常に硬い。機械的物理的に砕くためのパワーや道具が現状では足りていない。

#空気電池 #鉄空気電池 #充電池 #充電特性 #放電特性 #二次電池

ゼリーと鼻水の類似点★顔を矯正する接着剤になるか

 【顔の矯正と接着剤】膠、ニカワと読む。精製するとゼラチンになります。肉や革の周りにあるゼリー状の組織。古代から伝わる化学薬品の一つ。接着剤として使われてきた。身近な例ではゼリーを作る時には粉ゼラチンを使う。ゼリーは固まっても40度前後で柔らかく融け出す。

いきなり汚い話で恐縮だが副鼻腔炎の粘調な鼻水がゼリーのような性質があることに気づいた。体温を上げると柔らかくなる。冷えると粘り気が強くなる。完全に鼻閉になると固まってしまう。

膠は接着剤だから、鼻水にも接着剤のような性質があるように推測した。副鼻腔を塞ぐような接着剤として働くと病気だ。

だが、顔の骨格や筋肉を調整して鼻詰まりしにくい顔で副鼻腔を固めることが出来たら、呼吸は楽になる。副鼻腔炎が治まって呼吸も楽にできる顔に矯正して固める接着剤だと思うことにした。

副鼻腔炎しないで呼吸が楽な顔はスポーツマンのような顔つきを参考にして顔を矯正してみる。普段からニヤけた顔だと言われているし、顔の筋肉が自由に動かせないし、間延びした顔だと自分で思う。 

だからアスリート顔に憧れてる。そのアスリート顔を長くしていたら、その顔に矯正されるとしたらずいぶん有り難い鼻水サマなのだ。


https://www.jos.gr.jp/about

100均セリアのじょうろで水たばこシーシャを理科工作した

 【シーシャ自作】理科工作をしてみた。百均ショップのジョウロ、漏斗(ろうと・じょうご)、ストロー、禁煙グッズを組み合わせてシーシャもどきを作った。








緑茶パックの蒸気が水タバコ風に吸えた。緑茶パックをタバコの葉に替えればシーシャ。 

漏斗がジョウロの上部の口にぴったりハマッた。このぴったりとした気密が簡単に出来たのはラッキーだった。漏斗の下端を伸ばして水面より下にする。ジョウロの口の内側に曲がるストローを挿して、その上端を水面に出す。

ストローなどの気密パッキンとして足指保護サックが代用できた。

タバコの葉と加熱した炭を漏斗にセットするとシーシャ。火を使うならタバコの灰を吸わないようなフィルターや落ちる灰の受け皿が必要だと思う。

単に蒸気を吸うなら緑茶パックに熱湯を注ぐと熱い蒸気が吸える。緑茶に香るフレーバーの葉などを追加できる。果物をジューサーで砕けばいろいろ試せる。ハッカ、ハーブティーも。使い捨てカイロの中身を使えばお湯なしでも熱い蒸気になる。

野草を燃やしていろいろな煙を吸ってみるか。

漏斗下部の水に着く部分に禁煙タバコ用のフィルターを付けてみた。

ぶくぶくと水の泡の感覚を楽しむおもちゃにはなっている。

今回、百均ショップはセリア。3点で330円。緑茶パックや禁煙グッズを加えても全体で500円以内。


ただ、他人に見られるのは恥ずかしい。見た目は完全に単なるジョウロに口を付けて吸ってる変人だ。

ものすごく大きなパイプタバコをくゆらしてブクブクと遊んでいる。

界面活性剤とめっき添加剤のコロイドの形状★銅めっきとゼラチン【膠】

 石鹸手作り実験をしたことがある。

ラード、オリーブオイルなどの油脂、水、苛性ソーダを混ぜて石鹸を作る実験だ。オイルの種類にこだわるとケン化が変わったり、石鹸の使い心地が変わる。

https://www.jfish.jp/html/page1.html

石鹸は、化学では界面活性剤の一種だ。ナトリウムが非常に水に溶けやすい金属で、それと脂肪酸の酸素の部分とがイオン結合している。分子のナトリウム部分が水側に、油脂由来の部分は有機成分側に向いて界面をつなぐように自然に配置される。

https://kimika.net/rr4coroido.html

石鹸の泡が球状なことが多いので界面活性剤は水中で油成分を球状に囲んでいるようなイメージを長らくもっていた。が電気泳動の教科書を読むと、界面活性剤は球状の有機成分なら球状に囲むが、糸状や線状の有機成分ならばそれに応じて囲むと記述がある。

https://ruo.mbl.co.jp/bio/support/method/sds-page.html


これは意外だった。たしかに糸状や線状の有機分子は多い。その形に合わせて界面活性剤が取り囲むのは合理的だ。有機分子側と界面活性剤との間は、極性が小さいもの同士の結合だ。有機物の炭素とはあまり強く結合しない。有機分子の硫黄や窒素の部分には電子が少なくプラスにチャージしている。だからその部分に界面活性剤が結合するらしい。

https://www.live-science.com/bekkan/intro/shurui.html


その界面活性剤も通常の脂肪酸ナトリウムだけではなく、アミノ基と炭素鎖がつながったような界面活性剤も含まれる。アミノ基が極性が強い部分で水側に来る。

金属イオンはプラスにチャージしている。ナトリウムの部分を別の金属イオンで置き換えることができる。析出してしまうと石鹸カスと呼ばれる。銅の石鹸カスが有名だ。溶けにくいカスとして邪魔者扱いだ。


https://www.happy-bears.com/kajily/faq/2141/

この界面活性剤のように金属イオンと結合する有機分子はいくつかある。ゼラチンは身近で有用な食材だが、化学的な性質も有用だ。ゼラチンは窒素を含んでいるのでそこが金属イオンと結合する。

ゼラチンは有機分子で完全に精製してしまう前のゼラチンには、動物の組織由来のタンパク質の性質がある。先ほどの線状や糸状の有機物とは動物の組織由来のタンパク質が主な対象だ。いわゆる天然高分子だ。

https://www.nomuraplating.com/knowledge/%E9%8A%85%E3%82%81%E3%81%A3%E3%81%8D/

未精製のゼラチンが線状に凝集するなら、銅イオンとそのゼラチンを混ぜたら、線状の銅のコロイドになるはずだ。コロイドもまた粉末状、球状をイメージするが、中心に有機物、外側の水側に金属イオンが来る。だから内側の有機物の形状に合わせた形状をとるコロイド粒子があるはずだ。


銅めっき液で未精製のゼラチンを添加剤で使う場合がある。あえて精製しない状態を使う。理由ははっきりしない。保存がしやすいからかもしれない。それ以外にめっき液の中でのコロイドの形状を制御する目的が隠されているのかもしれない。コロイド形状を直接見なくてもめっきとしての性能が精製したゼラチンより、不思議と向上しているケースがある。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jiep1995/11/7/11_7_494/_pdf


めっきの添加剤の化学は、進んでいるのかもしれないが30年前の学生時代にはまだ素朴だった。企業のノウハウとして隠されているので化学的な議論がされていない。

https://note.com/irppy3/n/n4f4491af7d7c

銅めっきで未精製ゼラチンを過剰量添加すると、異常析出として線状の結晶が集まった形状の表面がみられる。これがコロイドの線状の形状と一致しているのではないだろうか。証拠はだせないが、銅イオンだけでは線状に成長する原動力がない。添加剤を過剰にするのだから添加剤の形状が作用したと考えるのが合理的だ。

https://club-z.zuken.co.jp/tech-column/20200130_js_011.html


鉄の媒染液をカイロの中身の粉から作ってみた★鉄電池へ応用したい

 ★鉄の媒染液の作り方を調べた。

https://note.com/oisi_sensyoku/n/n6d4fc8b7adf5

錆の付いた鉄くぎを酢で煮込むと黒い汁になるから、それをコーヒーフィルターでろ過すると鉄の助染液【媒染液】ができる。

媒染液とは

 鉄の媒染液とは草木染など自分で染め物をする人ならご存じだろう。染料と一緒につかうことで染めやすくなる液体だ。

酢酸鉄
化学で言うなら酢酸鉄が媒染液の主な成分になるはずだ。酢酸鉄は粉末では錆の茶色だが、水に溶かすと淡い緑の液体になると書いてある。茶色の媒染液は酢酸鉄がイオン化していないで小さな粉体が液体に浮いているようなコロイド液だろう。
媒染液の用途
鉄の媒染液は染料で繊維を染めるときの助けをすることに使う用途がほとんどだ。玉ねぎの皮のゆで汁やコーヒーで草木染するとうっすらとしか染まらない。この鉄の媒染液を併用して染めるとしっかり染まって洗っても染料が落ちにくくなる。




★繊維と媒染液の化学と電子
繊維はタンパク質で窒素部分が電子を多く持つ。そこに染料が吸着することでしっかり染まる。電子の多い部分はマイナスだ。プラスが多い部分があると吸着結合しやすい。玉ねぎやコーヒーだけでは電子の少ない部分、プラスの部分があまりない。
だから鉄イオンを併用する。鉄はプラスのイオンになって染料のマイナス部と繊維のマイナスを橋渡しするように結び付けて染料で染まりやすくしているのだろう。


★銅でもOK
鉄以外にもアルミや銅の錆も媒染液として使えるらしい。鉄さびが一番身近で使いやすい。
★お歯黒にも使える
お歯黒で鉄さびを塗る風習があった。安全面もそれなり証明できているのだろう。既婚女性が鉄分が不足するのを補うように歯に鉄を塗ったのか、未婚女性を区別するために塗ったのか定かではないが、日本で150年ほど前にはよくある風習だった。

★オリジナルな方法で媒染液自作
この鉄の液を、自作してみた。錆びた鉄釘を探すよりも身近な使用後のホッカイロの中身を酢で煮た。その後、フィルターでろ過した。液は既報とおなじ茶色い液だ。フィルターに残った錆は固まりかけた鉄さびの粉末のようだ。

★カイロの粉末から自作媒染液を作ってみたら
一部、黒茶色以外の明るい色の粉末が見られる。またホッカイロには鉄の粉末以外にも複数の成分が入っている。その影響だろうか。
ろ過した後の鉄の液は瓶に入れて保管しているが室温で変化は見られない。加熱、バブリング、太陽光などをしたら少しは変わるだろうが、今回はその予定はない。

★鉄めっきができるか?
この鉄の黒い液を使って、鉄めっきをしてみる予定だ。電極を入れてマイナス側に鉄が析出する様子を見る。今回は50ミリリットル程度しかないのでもう少し繰り返して500ミリLほど作る。

★鉄めっき
鉄めっきを作るが普通のめっきのようなピカピカの光沢面は期待していない。光沢めっきはむずかしいのだ。めっきは一般的には鉄の錆止めのクロムめっきか、金や銅めっきなどの貴金属を薄く表面につける。鉄をめっきするのはほとんどの場合、磁性めっきの一部だ。磁性を活かすのだから精密めっきで光沢よりもさらに高度なめっきだ。今回は磁性めっきでもない。


★鉄電池を作る
鉄電極を作って銅電極と合わせて鉄・銅電池を作る予定だ。鉄と銅だけでは単純なのだが、鉄電極を鉄の液からのめっきで作る点が少し珍しい。銅は銅板にしておく。


★鉄電池の対極は?
また銅電極と鉄電極の間を仕切るのはキッチンペーパーだ。電解液は、この黒い鉄の液に酢を加えたものプラスアルファだ。銅の代わりに備長炭を使うと鉄空気電池になる。


★鉄・銅電池
鉄・銅電池を電解液で作るなら、仕切りの膜はキッチンペーパーだけでは足りなそうだ。一般的にはイオン交換膜を使うことが多いらしい。鉄空気電池でも鉄・銅電池でも鉄電極側は似ているはずだ。鉄を析出させる鉄めっきが充電で、鉄が溶けてイオンになる反応が放電だ。放電で溶けた鉄イオンが電解液に流れ出すらしい。鉄・銅電池は超古代の電池といわれている。


★空気電極
炭素電極側が空気電極であると放電時に炭素中に入り込んだ酸素が作用するらしい。この空気電極が難しいらしい。空気電極は軽いイメージだが、炭素に貴金属触媒を加えるので高価になる。

★炭素電極
炭素電極を空気極ではなく銅電極を芯にした銅・炭素電極にしてみたい。銅は貴金属で水素より貴な電位だが、空気電極の酸素よりは起電力が低くなるはず。空気電極は実際には、酸素の電位が出ない。理由は不明で二酸化炭素や仕切り膜からの液漏れなどが疑われている。空気電池は作るのは簡単でもサイクル特性など電池としての性能を追求するのは難しい。私は自作の空気極が無理だとあきらめている。


★鉄・炭素・銅電池
放電で鉄電極から溶けた鉄イオンが備長炭や炭素粉を固めた炭素電極の炭素の隙間に入り込む電池がある。鉄イオンが鉄電極と炭素の間を行ったり来たりする電池になる予定だ。銅イオンも銅板と炭素の間をいったりきたりするはずだ。
鉄は硫黄やリンと複合させると脆くなる。鉄電池として使うと硫黄やリンによって析出溶解のサイクルが安定すると予想している。


★自作媒染液のもうひとつの使い道
ついでに染色もやってみる。コーヒー染めが一番簡単だと思う。古い白マスクでも染めてみるか。

真似する人はいないとおもうが、やるなら気を付けて。

副鼻腔炎の当事者が粘調な鼻水の苦しみを【邪鬼・邪気】と独自に解釈したら

 【邪気を独自解釈】仏像に足元に押さえつけられる邪鬼・邪気が描かれる。邪気とはなんだろうか?邪気とは、鼻腔内の鼻水より下、舌の周りにできてしまう空間の空気だと思う。

【副鼻腔炎の粘り気のある鼻水】

副鼻腔炎を長く患うと鼻水のより上の空気を吸えずに鼻水に下側にある空気を鼻呼吸することになる。私は左は健康なので鼻水より上の空気を普通に呼吸できる。右はずっと鼻水の水面の下側のねばねばした空間で鼻の孔がおぼれていた。

【口の中、舌の下の空間】
その鼻水の下の空気が邪気だと感じる。呼吸を落ち着かせて鼻水より上の副鼻腔の空気を増やして液面を下げる。すると液面の上に鼻孔が上げられることができる。
鼻水の水面は上に上がりやすい。鼻孔は水面以下に落ちると苦しい。邪気を抑えるには目の位置より上の上部の副鼻腔の空気圧を高めて液面を下げる。液面の上下を通る副鼻腔を開けるのは一時的には空気が吸えて楽になるが、液面が上がってしまう。上下を貫く副鼻腔が閉じたり開いたりしながら液面を下げて鼻孔を液面上に出すのだ。

【ナウシカ・蓮の花】
液面上に出た鼻孔はすごく空気を吸いやすい。匂いはあまりわからない。おそらく口と目の間に位置の液面で匂いや埃や花粉がブロックされる。まるでナウシカの腐海の砂によって浄化された空気を吸うようだ。



【副鼻腔炎との共存】
液面など気にせずに鼻水など無縁な生活をしたい。が、どうも私の副鼻腔炎は完治できない。ながく付き合うことになる。それならば副鼻腔炎の粘り気の強い鼻水を中に溜め込んだまま共存する生活をすることになる。

【右の副鼻腔炎と交感神経】
邪気を抑え込むような仏像の手足の動きは右を強く抑えているように見える。右の副鼻腔炎のほうがつらいのだと解釈している。右は交感神経が働く。右を下に寝ると右に鼻水が溜まる。右手で活動的に動くときほど右の邪気が邪魔になる。普通の健康な人なら右を下にして左側の副鼻腔で呼吸をしたほうが副交感神経が働いてゆっくり休める。右の副鼻腔炎は活動を邪魔して睡眠も邪魔する。困りものだ。

【仏像と邪気】
邪気を足で下へ抑え込む仏像がそうした副鼻腔炎に苦しんだ過去の人々の解決策をシンボル的に表しているように解釈している。


【仏教は健康法だ】
分かる人には分かるだろうが、仏典の教義とおなじようにちんぷんかんぷんで、音だけ真似して天国へ往生するように解釈するひとがほとんだだ。マインドフルネスが禅の呼吸法と同じで、ある種の健康法だ。仏教とは本来、道徳ではなく健康法だと思う。

人工筋肉 伸び縮みする素材を化学的に作る

【伸び縮み】

人工的な筋肉はiPS細胞でも作れる。脈動する人工心臓も出来る。おそらく電気シグナルで脈動を加速減速もできる。コレがロボット、モーター、発電機に応用できる可能性はあると思う。がエネルギー源に酸素を含む血液が必要になるのは面倒だ。もっと単純な燃料や電気だけで人工筋肉は作れるだろう。

ゴム(イソプロピレン)に熱湯をかけると縮む。大学入試に縮む理由を問う問題が出たのでよく覚えている。ゴムは加硫されているが熱湯で加硫された硫黄同士の結合が強くなって縮む。

ゴムが熱湯で縮むのを応用して、電極を仕込んだゴムに電気シグナルを送ると縮むような分子を練り込むと人工的な筋肉になるように思う。縮んだきり元に戻らないと機能しないので電気シグナルのある間だけ結合力が強くなる分子だ。

電気を消費して縮むだけでは電磁石の仕込まれたバネと同じになってしまう。電気シグナルを受けると酸化還元反応が進むスイッチが入って縮むのだ。ゴムの場合は熱と硫黄だ。

電気シグナルで熱を出す分子と硫黄の入ったゴムで良いだろうか?どうも上手くいかない気がする。熱を繰り返しかけると劣化してしまうのではないか。電気、熱、電磁石、硫黄、ゴムの組み合わせにあと一つ加える工夫が必要だと思う。

筋肉の仕組みを考えると上記のような人工筋肉で再現できるような気がする。

高効率の人工筋肉があればロボットはもっと動かしやすいだろう。モーターや発電機もいまのピストンと回転車型から新しく発想の形に変わるだろう。

ロジェの跳躍子が電磁石とバネを使う脈動型のモーターに似ている。実験として紹介されてはいるがロボットアームに応用するような実用的なケースは見つからない。

電気をオンオフするとバネが伸び縮みする。直流のオンオフの代わりに交流で伸び縮みするバネが作れるような気がする。逆にバネを伸び縮みさせると電磁誘導で交流が生まれる発電機もあり得る。

実用的な発電機は回転車型なのはバネの伸び縮み型は何かしらデメリットや難点があるんだろう。磁石と素材化学は関係が深い。

磁石以外の素材でも伸び縮みを制御できる素材があれば面白そうだ。

アクチュエータは電気で伸び縮みする。反応速度と伸び縮みする距離が小さい。精密制御には向いている。このアクチュエータが数桁大きな反応速度と伸び縮み距離を実現するには有機無機化学の複合的な素材の検討が必要だ。


食生活リズムを規則正しくすると食べた量をしっかり消費するまで身体が勝手に活発になる

高脂肪食のマウスの実験してた。なぜ高脂肪食だと太るのか疑問だった。論文を読むと、もともと夜行性のマウスが高脂肪食だと食べる時間帯のリズムが崩れること、食べる量の割に運動しなくなるから太るらしい。

食事のリズムさえ守れば普通食のマウスより活発に動いて筋肉質なネズミになる。

高脂肪食を食べると自然の食事のリズムが崩れる。体内時計の乱れが起きる。人間のダイエットでも夜中のラーメンや不規則な食生活が太るのはよくいわれている。マウスでも同様らしい。

食生活のリズムを守って運動習慣を実行するならむしろ高脂肪のカロリー多めの食生活の方が健康的なマウスになるような論文だ。人間も同じだろう。食事制限していつめ腹ペコでじっとしていては元気になれない。

メンタルの薬で活発な活動が抑えられて太りやすい理由の一つに、体内時計が乱れが関係するのかもしれない。

マウスでは体内時計の乱れで食生活のリズムが崩れて太り過ぎて肝臓などの炎症が引き起こされている。マウスも食べ過ぎたと感じるとたくさん動いて消費したくなるのが本来の姿で、高脂肪食が24時間食べ放題という不自然な環境でなければ太らない。

メンタルクリニックのユーザーはもともと睡眠サイクルが崩れやすい人たちだ。睡眠サイクルの乱れも体内時計の乱れと同義だから食生活とも関係が深い。食生活は体内時計と腸内環境から作るエネルギーの両方に作用している。

体内時計を安定させる薬のアプローチがあり得る。生活習慣を改めるのがベストだが、その手助けとして体内時計を乱す原因を遮るような薬があれば健康に役立つだろう。

規則正しい生活、特に規則正しい食生活が健康に良いことがマウスで証明された形だ。

https://first.lifesciencedb.jp/archives/4981

スポンジ固体電解質技術の発展

 【固体電解質技術の普及】

固体電解質がずいぶん普及してきた。実はそれほど難しい技術ではない。固体に液体を染み込ませるのが基本だが、液状の導電性高分子を使って固化させれば簡単に作れる。

引用先の記事は電子工作のようだ。物理学や工学と芸術工作が融合している。おもちゃを作るように新技術を操る。電気二重層キャパシタや固体電解質電池の技術は遊べる技術になってきた。


固体電解質技術のなかでスポンジ状のマトリックスに導電性高分子をまとわせる固体電解質が1番面白い。スポンジ部分の素材や強度を変えたり、導電性高分子の種類や添加物を工夫できる。

従来の液体電解質に比べて固体電解質は位置ごとに電解質成分を変えられる。電極近傍や液体部分からの距離に応じてスポンジの形状を変えるのも自由だ。

いくつかのスポンジ部分を組み合わせて連結させるような使い方もある。比重や強度や物性を用途に合わせて工夫できる。


乾電池は電池の電解質液体を紙に染み込ませた日本での発明が基礎になっている。導電性高分子も日本の発明だ。固体電解質はその意味で日本のお家芸だ。

コンピューターが遊べる技術になってから産業として普及したように、電解質技術も新たな産業として発展する前兆だと信じている。

電解質技術に化学、バイオ、薬学を組み合わせて、医学、環境、エネルギーの課題を解決するような応用アプリケーションがたくさん出てくるだろう。


固体も硬いだけでなくゼリーや生体の筋肉のように柔らかい固体でフレキシブルなデバイスがたくさん出てきそうだ。太陽光電池もフレキシブルな素材が出来てきた。ロボットが目指すのが人間のような生体アンドロイド型なのだから、フレキシブル素材はまだ伸びる。


日常や医療への応用でも絆創膏、湿布、包帯、服、シーツ等も薄いフレキシブル素材なら応用範囲が広がる。

メンタルの薬ユーザーはなぜ太りやすいのか?

精神科で処方されるメンタルを落ち着かせる薬、安定剤や鎮静剤は太りやすい。メンタルクリニックユーザーのなかで若いうちに大量の鎮静剤を処方されてそのまま数十年精神薬を使い続ける人は多い。そうした精神薬ユーザーの多くは太って体重が落ちない。太り方も病的な脂肪の付き方で力士やアスリートの太り方とは違うように見える。

若い女性の精神薬ユーザーの悩みに太りやすいという副作用は深刻だ。若い女性はだいたい痩せたがるし、男性も細い女性を好むひとが多い。若い女性は見た目がスマートでオシャレが楽しめれば人生をエンジョイしやすい。だが精神薬ユーザーになると精神的な苦痛だけでなく見た目が太って負い目を感じたり周りからダイエットしろ、という余計なお世話がうるさかったり、オシャレが愉しみづらくなったりで、副作用のデメリットが大きい。

なぜ太りやすくなるのか?精神科医にきいても答えてくれない。医学の教科書にも太りやすい副作用があることは書いてあるが、なぜ太りやすくなるか?は書いてない。


肝臓の動物実験でマウスに高脂肪食を与えると太り過ぎになって肝臓に脂肪が付き炎症が発生する。脂肪のとり過ぎは太りやすいのは人間でも同じだ。

精神薬ユーザーが脂肪の多い食事をしている訳ではない。マウス餌が高脂肪になっても食べる量を調整できない。普通食でも高脂肪食でも自由に食べ放題だ。満腹になれば食べるのを止めるから普通食では太らない。普通食では満腹になるのに高脂肪食では同じカロリーを食べても満腹を感じないから太る。満腹はカロリーを計算して感じる訳じゃない。食べる量を感じるだけだ。高脂肪食で太るマウスにも若いうちには普通食を与えて満腹になる量を学習させている。また血糖値の上昇も満腹感に関係がある。高脂肪食は脂肪の分解が遅く血糖値が食事で上がらないので満腹を感じるのが遅れる。


精神薬ユーザーも満腹か腹八分目まで食べる。がその満腹を感じる食べ物の量は精神薬を服用する前に学習した量だ。精神薬服用する以前と同じ量を食べたら太る。

高脂肪食を与えたマウスに降圧剤を投与すると体重が少し下がる。痩せる。その降圧剤は交感神経を抑えて血圧を下げる作用がある。アドレナリンの働きを抑える。このアドレナリンが効かないマウスは筋肉が弱くなる。痩せるが脂肪より筋肉が落ちる。



メンタルの薬でも鎮静作用は同じように交感神経を抑える。これは筋肉に血流をいかなくして暴力的な行動を抑えることに役立つ。精神薬ユーザーが疲れやすくなるのは筋肉が思ったように動かないので少し階段を登っただけで疲れるぐらいに筋肉が弱まる。


太るのは第1に食事が減らないこと。第2に筋肉が弱まり活動的でなくなること。

第3に腸内環境と太りやすさの関係を推測する。腸内環境は肉などタンパク質は活動的なエネルギーに変わる。炭水化物デンプン糖は血糖値を上げる。炭水化物のうち白く精製された糖はある種の依存性がある。食べ過ぎて依存性がある怖い食材だ。脂肪が1番エネルギーが大きく1番消化が遅い。

精神薬で活動的なアドレナリンを出しづらくなると腸内環境でタンパク質からアミノ酸を作る微生物が減るのだと予想できる。アミノ酸を分解しても使い道になるアドレナリンや筋肉を動かす事が極端に減るからだ。
また交感神経が弱まり副交感神経が優位になると腸の消化が進む。普通なら消化されないで排出される脂肪まで消化するように腸が活発に消化する。

これは一時的に薬で誘導されると腸内環境が変わってアミノ酸を消化する菌が減り脂肪を消化する菌が増えた状態がその人の体質になる。

食事は減らせない、運動はしにくい、消化が良くなる、の3つが重なるからメンタルクリニックの精神薬ユーザーは太りやすいのだと推測できる。

対策をするなら食べる量を減らす、運動をする、消化してもカロリーの少ない食材を食べる、だ。コンニャクや寒天など食物繊維はカロリーが少ない。容積的な満腹感は得られる。血糖値を早めに上げれば満腹感を早めに感じることも予想できる。また肉などアミノ酸は筋肉を活発に動かすのに役立つ。低脂肪高タンパク質な食事で運動することが太りやすい副作用に打ち克つ食事になるはずだ。

二酸化炭素を重炭酸イオンに還元するレドックスフロー電池 京都大学

 二酸化炭素を重炭酸イオンに還元するタイプのレドックスフロー電池。対極はマンガンイオンの酸化数を利用している。これのポイントは二酸化炭素を重炭酸イオンに還元する触媒だ。普通、二酸化炭素が電極で簡単に重炭酸イオンにはならない。この二酸化炭が重炭酸イオンになる反応は、体内の呼吸反応で普通に血液中で起きている。この触媒機能は酵素反応が担っている。電池における触媒が酵素だと選択性が高いが安定性が低い。もっと使いやすい触媒があれば二酸化炭素の酸化還元を充電池の酸化還元に使える。京都大はイリジウム触媒を使っている。

二酸化炭素の酸化還元ができればそれが一番だが、水に溶ける有機物で酸化還元する物質と触媒があれば、このレドックスフロー電池の可能性は大きい。水素ガスの酸化還元やエタノールの酸化還元を使う燃料電池が知られているが、ガスの危険性や電極間を仕切る交換膜の劣化が問題で十分に実用化普及できていない。アンモニア燃料電池も同じ図式だ。水溶性の酸化還元する分子を見つければ電池ができる。たとえばピロールに鉄のついた人工赤血球のように酸素の着脱でも酸化還元の電圧がとりだせるかもしれない。葉緑素のようなピロールにマグネシウムのついた分子も太陽光jで酸化還元する可能性がありレドックスフロー電池と組み合わせることができるかもしれない。体内ではリン酸化合物の酸化還元がエネルギー出し入れを担っている。これも分子設計次第で電池材料になりうる。
対極もマンガンの酸化数も増減も、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、鉄といった酸化数が変わっても析出しないイオンであれば可能性がある。ほかにも析出しないで酸化数の変わる無機イオンがあるはずだ。液体の酸化還元を使うのでフローで燃料を供給すれば発電量が大きくできる。電池の小型化軽量化は難しいが据え置き型で充放電できる電池には使える。こうした据え置き電池は自然由来電力と組み合わせるニーズがある。

https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2023-10-04-0