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Visualizza la versione completa : Nuovo accumulatore Zn-GO (zinco-ossido di grafite)



tecnonick
15-09-2013, 13:53
Buongiorno a tutti, con questo post descrivo in modo dettagliato il setup di un esperimento per verificare l'efficienza di un accumulatore Zn-GO (zinco-ossido di grafite) in soluzione acquosa 6M KOH da me realizzato, premesso che tale accumulatore non è mai stato inventato ne testato, infatti dalle moltipliche ricerche su internet ho potuto costatare che l'ossido di grafite è già in sperimentazione sulle batterie al litio e al vanadio dove è stata riscontrata una resa di ben 465mW/grammo (456 watt chilo), ma nulla in alcalino, e per tanto ho deciso di procedere in tal senso, potendo costatare che questo ossido potrebbe offrire veramente una svolta nel mondo delle batterie ricaricabili, in quanto ha un bassissimo costo ed è di facile produzione, dai miei test a parità di peso potrebbe offrire almeno il 100% in più di accumulo rispetto ad una comune batteria al nichel-cadmio, inoltre permetterebbe di realizzare un accumulatore che supera tranquillamente i 10000 cicli di carica e scarica, in quanto dopo un test automatizzato di esattamente 10000 cicli non si nota alcun calo nelle prestazioni, e per finire la batteria che ne deriva è di tipo ibrido, ovvero un incrocio tra supercondensatore e batteria, il che permette di essere utilizzata fino a completa scarica (zero volt) senza subire alcun danno.

PREMESSA:
siccome sappiamo che il forum è frequentato da sperimentatori novelli ed esperti, mi permetto di fare alcun importanti raccomandazioni a chi volesse replicare questo esperimento, i quali devono procedere con la massima cura dei dettegli, tanti dei quali non specificherò perchè presumo ne siano già a conoscenza, e prego di adottare tutte le precauzioni del caso, in quanto la realizzazione di questo ossido comporta l'utilizzo di reagenti altamente reattivi e corrosivi che emettono gas estremamente tossici che se inalati in certe quantità possono arrecare gravi danni ai polmoni e in taluni casi anche la morte, quindi questo esperimento va messo in atto soltanto se si è in possesso delle attrezzature e conoscenze tecniche e chimiche necessarie ad un corretto svolgimento del lavoro in piena sicurezza, per tanto DECLINO OGNI RESPONSABILITA' RIGUARDO DANNI A COSE O PERSONE derivanti dalla messa in pratica di questo esperimento, ed invito chiunque non avesse le dovute conoscenze tecniche e chimiche a non procedere nella sua realizzazione.

accorgimenti preliminari:

1° - per ridurre al minimo l'esposizione ai gas e ai reagenti non realizzare oltre un grammo di ossido
2° - maneggiare sia l'ossido che i reagenti con guanti protettivi impermeabili agli acidi e alle basi, occhiali protettivi e mascherina
3° - lavorare sempre sotto cappa aspirante o in luogo ben areato
4° - seguire scrupolosamente tutte le indicazioni
5° - prima di procedere leggere con attenzione ogni scheda di sicurezza dei reagenti/gas citati e utilizzati


materiali necessari:

- soluzione acquosa di acido nitrico 30%
- soluzione acquosa di acido solforico 30%
- soluzione acquosa di idrossido di potassio 30%
- ossido di zinco
- due elettrodi o fogli in grafite di alta purezza dallo spessore massimo di 1mm
- elettrodo in zinco
- elettrodo in acciaio nichelato
- elettrodo in ottone stagnato
- tween 20
- carbosimetilcellulosa sodica
- contenitore in vetro per elettrolisi (assolutamente no in plastica o metallo)
- cavi per supporto elettrodi con morsetti a coccodrillo nichelati
- alimentatore 12V 1A stabilizzato
- resistenza 22 ohm 5W
- resistenza 100 ohm 1/4W


REALIZZAZIONE

prima fase:
Si procede con il realizzare una cella elettrolitica dove all'interno verranno fissati due elettrodi in grafite alla distanza di 3cm aventi superfice di 10cm quadri, gli elettrodi devono avere uno spessore massimo di 1mm ed il peso di ciascuno non deve essere superiore a 0,5 grammi, saranno ancorati ai cavi con coccodrilli nichelati ai quali andrà fornita la tensione di 12V 500mA mediante l'alimentatore stabilizzato e la resistenza da 22 ohm. Adesso si prepara la soluzione solfonitrica miscelando lentamente una parte di acido nitrico al 30% e 3 parti di acido solforico al 30%, la si versa nella calla in modo tale da mantenere una distanza di 1cm dai coccodrilli ancorati ai due elettrodi, in quanto se la miscela va a contatto con i coccodrilli li corrode sviluppando gas tossici e inquinando la soluzione. Una volta realizzato il tutto si da corrente, dopo qualche minuto l'anodo inizierà ad ossidarsi, e si svilupperanno gas su entrambi gli elettrodi, per tanto raccomando ancora di lavorare sotto cappa aspirante o in luogo areato. Di tanto in tanto bisogna osservare l'anodo, non appena si è completamente annerito e gonfiato di almeno 10 volte rispetto allo spessore originale il materiale è pronto, l'anodo sarà completamente annerito ossidandosi e si potrà procedere con la seconda fase dell'esperimento.

seconda fase:
si estrae l'anodo ossidato incluso l'eventuale precipitato nero, lo si lava più volte mediante immersione e agitazione in mezzo litro di acqua (per l'esperimento non è necessaria acqua distillata o demineralizzata, va bene acqua comune), si ripete il lavaggio almeno 4 volte, a questo punto si filtra l'amalgama e la si asciuga asportando tutta l'acqua assorbita, mediante pressatura su materiale assorbente, dopodiché si procedere alla formatura dell'elettrodo mediante pressatura su foglio nichelato realizzando uno strato uniforme spesso 1mm. Adesso l'elettrodo è pronto per essere "infornato" a 120° per un ora, questa operazione permette di estrarre l'ultimo rimasuglio di acidi presente nell'ossido, e di ridurre lo stato di ossidazione della grafite in modo tale da rendere la conduttività elettrica al disotto di 15 ohm/cm, infatti l'ossido appena realizzato avrà una resistenza sicuramente superiore a 250 ohm/cm e quindi inutilizzabile. Durante la cottura si svilupperanno gas estremamente tossici e vapori acidi, per tanto ancora raccomando la massima attenzione, cappa aspirante o luogo ben areato.

terza fase:
una volta realizzato l'elettrodo possiamo realizzare la batteria, si parte con la realizzazione di un elettrodo in zinco possibilmente poroso(va bene anche un foglio, ma non permette di ottenere una grande corrente di scarica), delle dimensioni identiche a quello in GO e con saldato un filo in rame che si utilizzerà come cavo di alimentazione(idem sull'elettrodo in GO), lo spessore non ha importanza, ma preferibilmente 1mm. Ora si uniscono i due elettrodi inserendo tra loro un separatore per batterie che potete recuperare da una pila alcalina (non utilizza carta assorbente), in tal caso fate il modo che lo spessore del separatore sia di almeno 1mm sovrapponendo più strati cosi che possa trattenere una quantità sufficiente di soluzione alcalina KOH (prima di inserire l'elettrolita, addizionate il 3% di ossido di zinco in peso alla soluzione alcalina e mescolate fino a quando la soluzione torna trasparente) . Assemblare il tutto con una guaina termostringente o del nastro adesivo lasciando aperto un lato in modo da poter inserire l'elettrolita con una piccola siringa. Una volta assemblata la cella collegate i terminali di un tester ai due fili di alimentazione saldati sugli elettrodi, inserite l'elettrolita poco alla volta fino a quando non ne assorbe più(serve un pò di tempo perchè deve penetrare anche nel GO oltre che nel separatore), chiudete la cella in un contenitore ermetico lasciando fuori solo i due fili in modo da evitare l'evaporazione dell'acqua contenuta nell'elettrolita, annotate la tensione iniziale, se tutto è andato a buon fine dovreste ottenere un picco di 1,9V che lentamente scende a 1.45V, per poi attestarsi su 1.25V che dovrebbe essere la tensione nominale di questa cella. A questo punto la cella è pronta ed è già carica, e potete iniziare tutti i test del caso, tenendo conto che 0,1 grammo di GO deve produrre almeno una potenza di 10mW/ora per 40 minuti, quindi mettete una resistenza da 100 ohm in serie alla cella e misurate il tempo che impiega per scendere esattamente a 0,9V(è un test molto banale ma indicativamente esprime la potenza di 10mW/ora), se alla prima scarica la cella non eroga questa potenza significa che avete sbagliato qualcosa oppure lo stato di ossidazione della grafite va corretto mediante più o meno cottura(vedi anche il colore che assume dopo cottura), e questo è proprio il punto della situazione, sperimentare a quale temperatura e per quanto tempo fare la cottura affinché le prestazione per grammo di GO siano le migliori possibili.

La resa della cella aumenta all'aumentare della superficie e non dello spessore, quindi cerate di fare l'elettrodo in GO il più sottile possibile e il più ampio possibile, come fosse una batteria a film sottile. Armatevi di multimetro, amperometro, e software per grafici di carica e scarica, circuito per automazione carica e scarica.

Questo esperimento vi permette di entrare a conoscenza di questo interessante ossido, e non vuole essere ne un insegnamento ne una lezione di chimica, premetto che io non sono un chimico e no ho le nozioni necessarie per entrare in dettagli più profondi, ma un semplice sperimentatore con diversi anni di esperienza alle spalle, diploma e corsi di specializzazione personali, per tanto mi limito ad esporre in modo molto sintetico ogni argomento, permettendo a chi del mestiere di poter prendere spunto e di approfondire, gradendo ovviamente ogni commento e critica, e magari considerazioni, miglioramenti e risultati.

Buon lavoro!

Mr.Hyde
15-09-2013, 14:06
Ciao Tecno , molto interessante il post :)

experimentator
15-09-2013, 15:33
Scusa Tecno , interessante questo tuo esperimento, ma non ho capito bene alcune cose, forse sarebbe meglio se tu facessi uno schema su come è realizzata questa pila, ammesso che tu non voglia pubblicare delle foto.

La reazione probabile dello Zn quale dovrebbe essere? Perchè metti ZnO ?
In pratica a batteria carica o scarica gli elementi chimici quali divrebbero essere ?
Hai notato sviluppo di H2 o di altri gas?

Scusa le domande , ma è importante sapere quello che succede all'interno.

Ciao. Zag.

tecnonick
15-09-2013, 15:40
La risposta a tutte queste domande gradirei che la trovaste voi mettendo in atto l'esperimento seguendo alla lettera quel che ho scritto, l'ossido di zinco assieme al tween 20 serve a ridurre l'auto scarica, e in fase di carica agevola il deposito di zinco sul catodo. Gas non se ne formano, dovreste studiare cos'è e come funziona un supercondensatore per capire cosa accade in questa batteria, in quanto concettualmente è molto simile, a differenza che qui abbiamo una redox al catodo, mentre all'anodo non avviene alcuna mutazione, ovvero come già dicevo si tratta ancor meglio di una batteria ibrida, e ce ne sono già in commercio, ma non a base di GO.

E' molto importante che analizzate il comportamento della cella in fase di carica, perchè in base all'ossidazione cambia la resistenza del GO, e di conseguenza anche la tensione di carica, ad esempio se volessimo ricaricare una pila alcalina, sappiamo che la tensione che dovremmo ritrovarci a fine carica è di 1.65V, se fosse una NI-MH sarebbe di 1.45V, se fosse un semplice supercondensatore in KOH sarebbe di 1.1V, qui in base a come esce l'ossido e quindi la sua resistenza, può variare da 1.35V a 1.65, tuttavia anche salendo a 1.85V pare non si forma alcun gas, e la batteria ha chiaramente aumentato la sua capacità, ma però poi, nell'arco di uno-due giorni, tende a ristabilizzarsi su 1.3V, ma questo è un dato molto variabile, perchè su 5 celle che ho ho costruito pur avendo utilizzato lo stesso metodo e gli stessi parametri, questi valori cambiano, ad esempio l'ultima cella che ho fatto ha erogato 10mW per 60 minuti (la sesta), questi 20 minuti di differenza sono dovuti al fatto che al posto di scaldare a 120° per un ora ho scaldato a 150° per 40 minuti. Quindi come del resto si legge su vari brevetti in internet, l'ossidazione della grafite varia anche di molto in base a temperatura, soluzioni chimiche etc.., e soprattutto non è uniforme, quindi secondo il mio modesto punto di vista, bisognerebbe prima di tutto trovare un metodo per ossidare la grafite che restituisca sempre lo stesso materiale, dopodiché apportare le giuste migliorie affinché la resa sia la massima possibile. La cosa interessante è che il GO pare non subire alcun cambiamento nelle fasi di carica e scarica in KOH, sembra proprio avere lo stesso comportamento del carbone attivo. Ad esempio ho provato a realizzare la stessa cella per fare il GO in KOH, ebbene anche dopo 24 ore di elettrolisi a 1mA/cm la grafite non si è ossidata, è rimasta grafite lucente ma molto esfoliata, e utilizzandola come catodo non rende, tira 10 volte meno della stessa ossidata, idem se si utilizza l'ossido senza trattamento termico, non rende.

Voi siete dei chimici da quel che ho capito, in base a quello che vi ho scritto e i dati che vi ho fornito, e leggendovi un attimo cos'è l'ossido di grafite e qual è la sua struttura molecolare, provate a immaginare quale potrebbe essere la reazione che avviene all'anodo, perchè al catodo è evidente, si forma zinco, mi piacerebbe proprio capire anche a me cosa accade, ma purtroppo non ho le conoscenze sufficienti per stabilire quale reazione è.

Ecco un esempio di cosa accade agli elettrodi, rispettivamente da sinistra a destra abbiamo: grafite di partenza, grafite esfoliata in KOH, grafite trattata con soluzione solfonitrica.

33051

experimentator
15-09-2013, 16:33
Si ma per capire bene dovresti fare una shema costruttivo , anche a matita o penna o con grafica exel.
Ma comunque se hai utilizzato Zinco , l'unica cosa che può accadere è l'ossidazione dello zinco in fase di scarica , e la deposizione dello zinco in fase di carica.
Ma ripeto dovresti fornire più elementi utili per dare un giudizio, ed alla fine bisognerebbe fare delle analisi chimiche accurate pezzo per pezzo.
Cosi ad occhio posso fare solo delle ipotesi.
saluti.

tecnonick
15-09-2013, 16:35
e per finire ecco cosa accade se date fuoco all'elettrodo che avete cotto a 120°:

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esplode letteralmente spandendo carbone fino a 3 metri di distanza, e la grafite si trasforma in un carbone che non riesco a identificare, in quanto non è ne nero fumo, ne carbone attivo, ne nanotubi, ma è carbone, cosi lieve e sottile che assomiglia a scaglie di grafene, rimane sospeso in aria che è un piace, che per toglierlo dalla stanza in cui lavoro ho impiegato 2 ore di aspirapolvere, e me lo sono trovato in ogni fessura immaginabile.

si, bisognerebbe proprio analizzare il catodo prima e dopo la carica, ma a livello molecolare però, e il SEM su questo forum ce l'ha solo un utente, speriamo si faccia vivo :), riguardo lo schema non credo sia utile, la descrizione che ho fatto è già ben nutrita, basta seguirla e fai la cella completa.

experimentator
15-09-2013, 16:54
Be se succede una cosa del genere , la prima cosa da fare è scappare e cercare di non inalare la polvere sottile.Ritornare sul luogo del misfatto dopo che la polvere si è depositata.
Evidentemente all'interno non era rimasto solo ossigeno ma ancora residui degli acidi utilizzati. L'acido solforico ha una temp.di eb. superiore ai 150 C, mi pare intorno ai 300 C.
Ma ripeto dovresti fare dei disegnini per capire meglio e delle foto . Solo a parole è difficile immaginare.
Se tu vedi i miei post io metto sempre delle figure esplicative . Verba volant, scripta manent.
L'analisi chimica della grafite ,cose vuoi che ti dica , che è grafite o carbonio. Tranne impurità o tracce di altri elementi chimici come K, Na, Mg, Ca, S.
Ma credo che l'analisi più importante è quella strutturale, al microscopio *1000, o meglio al microscopio elettronico.
Ma in questo caso ti devi rivolgere all'università o in centri altamente specializzati delle industrie, che difficilmente ti daranno ascolto.

tecnonick
15-09-2013, 18:15
porcaccia miseria hai ragione, 337 gradi il solforico! questo è un bel problema, addio miscela solfonitrica, bisogna perforza usare solo acido nitrico amenochè un pò di solfato di potassio non crei problemi(quel che si formerebbe in cella), ma questo comporta una concentrazione del 50% minimo perchè altrimenti la grafite si esfolia e basta, era anche uno dei motivi per cui ho preferito la miscela solfonitrica in quanto il nitrico di suo emette delle esalazioni che mi danno veramente fastidio, ma ricordavo che la temp del solforico era simile al nitrico. Bene stasera metto in piedi una nuova cella solo con nitrico e vediamo come si comporta.

ecco lo schema della cella:

33057

experimentator
15-09-2013, 21:14
La soluzione di KOH e ZnO dove va messa solo tra zinco e separatore o anche tra separatore ed elettrodo GO?
Secondo questo schema dovrebbe essere una pila stagno - Nikel.

tecnonick
15-09-2013, 21:30
ecco la cella:

33063

zaga ma sai com'è fatta una pila? qui mi sto iniziando a preoccupare. Come fai a chiedermi dove va messo il KOH? e a dirmi che è una pila stagno nichel???

experimentator
15-09-2013, 21:41
Sarebbe il caso che tu guardassi la scala dei potenziali elettrochimici, per capirci qualcosa.

Purtroppo a quest'ora tarda non faccio in tempo a cercarla per mostrartela. ma devi specificare bene la soluzione elettrolitica dove viene messa , altrimenti mi preoccupo veramente se hai capito come è fatta una pila.
Mettere due metalli diversi alla fine della catena , può influire sul potenziale finale della cella.
In questo caso la grafite fa semplicemente da conduttore al nikel.

tecnonick
15-09-2013, 21:53
ma nooo...... tutte le pile hanno un anodo nichelato con attaccato il materiale attivo!!! la reazione avviene sul materiale attivo non sul nichel!! l'elettrolita è inzuppato nel separatore! mannaggia zaga vai a studiarti come è fatta una pila poi ne riparliamo....

la scala redox la conosco bene....

nelle alcaline, qualunque queste siano, c'è un anodo di OTTONE STAGNATO, che è immerso in un gel pieno di zinco in grani grafite e KOH, l'anodo è un cilindro di acciaio 314 nichelato su cui è pressato un impasto di MnO2, carbone e KOH umido, il separatore in questo caso anche se zuppo pure lui di KOH non fa da supporto all'elettrolita in quanto è già presente gelificato nello zinco, ma il concetto è lo stesso, l'unica differenza tra la mia e un alcalina è che io ho zincato direttamente una lamina di acciaio senza stagnare prima, in quanto non prevedo che lo zinco depositato venga consumato fino all'acciaio perchè ne ho messo in eccesso in modo da garantire sempre la copertura dell'acciaio.

la zincatura della mia lamina avviene in due fasi: la prima prevede un deposito uniforme che oscura completamente l'acciaio, la seconda viene fatta mediante un'altra soluzione che permette un deposito poroso in modo da massimizzare la superficie di contatto dell'elettrolita.

nll
15-09-2013, 22:09
Ragazzi, la discussione stava andando bene, limitiamoci a fornire le informazioni e i commenti tecnici ed evitiamo qualsiasi commento su presunte capacità, o incapacità. Ribattete esclusivamente con argomentazioni scientifiche e la discussione continuerà a interessare a tutti, diversamente ci costringete a intervenire come non vorremmo. Vi ricordo inoltre che potete fare modifiche e aggiunte ai vostri messaggi entro le 48h, quindi evitiamo messaggi consecutivi (io li unirò comunque, ma si verrebbero a perdere eventuali formattazioni e titoli che avrete scelto per i vostri messaggi)

P.S.: Ricordate che i messaggi di moderazione non possono essere commentati pubblicamente (violazione art.12 del regolamento del forum).

tecnonick
15-09-2013, 22:31
Ecco il grafico della scarica di 100 minuti, questa è la miglior cella che mi è riuscita, ha mantenuto una madia di 10mW/ora per oltre 120 minuti(ma in ogni caso in precedenza avevo fatto male i conti, in quanto direi che non sono oltre i 20 watt per chilo, ma è pur sempre un inizio...), come si può notare aparte l'inizio, è quello di un condensatore, quindi deduco che probabilmente la sovratensione iniziale è soltanto dovuta ad una carica di ossigeno atmosferico, infatti nelle ricariche successive in tutte le celle non si è mai stabilizzata oltre 1,3V, mediamente è 1.25V, quindi quello che ho realizzato posso chiamarlo quasi certamente supercondensatore ibrido allo zinco.

33064

experimentator
16-09-2013, 03:11
quindi quello che ho realizzato posso chiamarlo quasi certamente supercondensatore ibrido allo zinco.


Su questo posso essere d'accordo con te.

Ma se tu non spieghi chiaramente tutti i particolari, come hai fatto ora, è difficile capire quello che hai realizzato.

In una pila chimica c'è sempre una sostanza che si ossida ed una che si riduce.
Questo quindi è più un condensatore di carica elettrica che una pila .

tecnonick
16-09-2013, 07:00
Bene, adesso che avete tutte le idee chiare e avete compreso cosa ho realizzato e come funziona, possiamo lavorare sul catodo affinché produca le massime prestazioni, bisogna comprendere a che livello di ossidazione si comporterebbe meglio e come ottenere tale livello di ossidazione, se è possibile o meno avere alte rese in alcalino. Ripeto: quel catodo in elettrolita organico su pile al litio tira oltre 465mW/grammo. E poi che cavolo di conti ho fatto ieri? se con 0,1g mi tira 10mW/ora, se ho un grammo sono 100mW/ora, e se ho un chilo sono 100Watt/ora! ben al di sopra di ogni comune pila in commercio, ragazzi dovete tassativamente mettere in piedi questa pila e testare...

Comunque per la cronaca ieri ha erogato per 5 ore, negli ultimi 5 minuti la tensione si è atttestata a 0,855V, quindi un erogazione di 7mW, il che se considro 5 ore di lavoro a partire da 17mW, questa cella altro che 100W/chilo, siamo almeno a 150-170W/chilo, e i conti tornano, in quanto come dicevo, si presume che questo catodo in organico dovrebbe tirare anche più di 465W/chilo, bene, funziona, ma non troppo entusiasmo in quanto anche se fossero 170W/chilo sono al catodo, e non a batteria ultimata, quindi bisogna sempre e comunque dividere per 2, perciò direi che sono al pari di una Duracell, ma con il 50% di costi e inquinamento in meno.

NOVITA'

Ho trovato un tecnico che si occupa di studio e sperimentazione supercondensatori, mi ha confermato che quello che ho realizzato non è una novità, è una sorta di carbone attivato che è già utilizzato da poco tempo nelle litio e anche in certe alcaline, ma con struttura grafitica, ovvero nella prima fase di ossidazione la grafite si riempie di molecole di ossigeno, a tal punto che diventa non conduttore, quando la si scalda parte dell'ossigeno viene perso e rimangono come dei fori, questa sorta di fori ha una superficie enorme, e per tanto permette l'accumulo di CARICHE ELETTROSTATICHE durante la ricarica(non avviene alcuna ossidazione ne accumulo di ossigeno), quindi questo è esattamente un condensatore a doppio strato elettrolitico (e a tal proposito vi invito a studiarli, su Google trovate ampia documentazione in merito). A quanto pare il fatto che mantenga una tensione superiore a 1 volt è dovuto alla presenza di ossigeno in gas nella struttura, quando viene cotto in forno l'aria rimane intrappolata nei vari strati di GO, e per espellere il tutto possono servire anche diversi giorni, quindi quel poco d'aria che è rimasta aumenta la tensione e quindi contrasta anche la ricarica, perchè quelle zone non vengono raggiunte dall'elettrolita, e una volta esaurito l'ossigeno rimangono all'interno gli altri gas presenti nell'aria che comunque occupano spazio non raggiunto dall'elettrolita. Questo è anche il motivo per il quale una volta realizzato l'elettrodo presenta una tensione superiore a 1,6V e una corrente di scarica molto alta e permanente, questo è l'ossigeno presente nel catodo che entra in soluzione e ossida lo zinco, infatti quando la pila è scarica e si va a ricaricare, anche se la tensione sale a 1.6V non appena si stacca corrente scende subito intorno a 1.3-1.2V, questo è il medesimo funzionamento dell'elettrodo a carbone attivo utilizzato nelle zinco-aria, con l'unica differenza che qui è immerso in elettrolita e per tanto prima o poi l'ossigeno finirà, mentre nelle zinco-aria essendo amalgamato con PTFE (teflon) e isolato sempre con PTFE da un lato, è sempre a contatto con l'aria da dove preleva ossigeno e con l'elettrolita dove lo cede, senza inzupparsi di elettrolita(grazie al PTFE che è idrorepellente), ma se lo immergessimo completamente senza il PTFE avremmo la stessa identica batteria che ho costruito, ma c'è una differenza molto importante: l'ossido di grafite permette di ottenere una superficie anche di oltre 3000m quadri al grammo, tutto dipende da come viene realizzato.

Questo cosa significa? che quindi ho accertato che questo ossido può essere utilizzato in KOH ma vi dovrete accontentare della tensione di 1 volt, che probabilmente sarà anche di 1.1V, ma avrete una batteria che potrete sfruttare fino all'ultimo millivolt disponibile senza alcun danno, e che se ben fatta, a parità di peso potrà offrire almeno il doppio di potenza rispetto a qualunque alcalina, a discapito della curva di scarica, che comunque sarà esattamente quella simile ad un normale condensatore, quindi questa batteria potrà essere utilizzata soltanto in presenza di un circuito switching che manterrà la tensione in uscita pari al valore di quello necessario a far funzionare l'apparecchio alla quale è collegata, infatti se ad esempio verrebbe utilizzata in una radio che funziona a 3 volt, quando la tensione scenderebbe a 2.5V probabilmente la radio non funzionerebbe ma la batteria avrebbe ancora il 70% di carica...

Leonardon
03-03-2014, 00:29
Come procede il tuo lavoro Tecnonick?
Mi piacerebbe condividere con te esperienze di psudocaps/battery come la zinc/GO.
Io produco "anche" batterie nickelzinc e penso che potresti partire da un anodo da noi usato (copper foam coated with zinc oxide + Sb3S2) in elettroluta alkalino e cathodo in graphite paper.
Dopo vari cicli di carica/scarica, il gruppo OH viene facilmente intercalato negli strati di graphite.
Fase di carica: ZO viene ridotto a Zn e OH intercalalto nella graphite.
Fase di scarica: Zn viene ossidato da OH e OH deintercalato da graphite.

Se vuoi scrivimi in privato. Stò approntando filiera Italiana per produzione di accumuli basati su pseudocaps e elettrolita waterbased.

tecnonick
03-03-2014, 05:58
ciao, ho fatto molti test con risultati interessanti, ma ci sono due problemi che non ho superato:

1 - l'ossido di grafite purtroppo è solubile nella soluzione di KOH, infatti la soluzione dopo diverse ore diventa gialla e la grafite torna da nera al suo colore metallico.

2 - più aumenta l'ossidazione della grafite più aumenta la sua resistenza elettrica

secondo mè bisognerebbe provare a fare un catodo non di grafite parzialmente ossidata ma di puro ossido di grafite e carbon black, in questo modo intanto si spartisce uniformemente l'ossido e si garantisce una buona conducibilità elettrica, e poi bisogna trovare un elettrolita nel quale il GO non si solubilizza. Purtroppo non ho a disposizione mezzi per produrre GO in modo non elettrochimico, ho provato mediante magnetron sputtering in atmosfera di ossigeno e si produce, ma ci vuole troppo tempo e avrebbe un costo spropositato.

Che questo ossido funziona e potrebbe essere una buona alternativa in diversi ambiti è già stato appurato, infatti facendo delle ricerche su internet si nota che esistono già supercondensatori che sfruttano ossido di grafite(ma non usano KOH come elettrolita e non credo che avvengano reazioni elettrochimiche, ma semplicemente accumulo statico), però a livello di accumulatori non saprei, tra l'altro non ho grandi conoscenze in chimica e quindi non posso pronunciarmi su come abbinare altri elettroliti o fare modifiche in modo da ottenere un catodo stabile, quindi mi sono fermato.

Leonardon
03-03-2014, 21:30
Forse dovresti provare ad intercalare anioni OH e vedere questo catodo come un elettrodo per intercalare anioni.
La grafite viene usata come anodo per intercatalare gli ioni di litio (cationi) ma può intercalare anche OH-, SO4-, NO3-, Br-, I-.
All'uopo vedi: Facile preparation of graphite intercalation compounds in alkali solution - Springer (http://link.springer.com/article/10.2478%2Fs11532-010-0048-5#page-1)

Inoltre se lo desideri, ti posso spedire della grafite spugnosa, per aumentare la superficie di scambio con l'elettrolita.

Ciao.

tecnonick
04-03-2014, 06:12
Usando grafite espansa/spugnosa aumenta l'area di contatto con l'elettrolita e quindi anche la capacità di carica, usando ad esempio due elettrodi spugnosi in grafite immersi in acido solforico si realizza un condensatore che può essere caricato anche a 2V, ma nelle prove che ho fatto anioni e cationi dopo alcune ore tornano in soluzione e il condensatore è scarico, se invece stessero fissati alla grafite il problema sarebbe risolto.

Leonardon
19-03-2014, 06:02
[QUOTE=tecnonick;119520028]ciao, ho fatto molti test con risultati interessanti, ma ci sono due problemi che non ho superato:

1 - l'ossido di grafite purtroppo è solubile nella soluzione di KOH, infatti la soluzione dopo diverse ore diventa gialla e la grafite torna da nera al suo colore metallico.

2 - più aumenta l'ossidazione della grafite più aumenta la sua resistenza elettrica

Prova a cambiare strategia.
A-Usa la grafite come conduttore/shell e non come reattivo con gli ioni OH-.
B-Realizza un compound di un cloruro metallico con la grafite (ci sono vari metodi che puoi trovare in internet. A me personalmente piace il modo con le hydrothermal bombs, perchè è più green-chemistry).
Puoi per esempio intercalare cloruro di manganese.
C-Usa questo compound come catodo con solito elettrolita KOH(ma anche KCl, costa meno e durante la formazione ottieni ugualmente KOH)
D-Usa il solito anodo in ZnO.
E-fai alcuni cicli di formazione ed il cloruro metallico diventerà un idrossido/ossidrossido o MnO2 ricaricabile.
Il Mn potrebbe esistere in diversi stati di ossidazione all'interno della catodo.

Io ho ottenuto 600-700 cicli al 100% con capacità catodo di 80-90mAh/g

Se vuoi io ho membrane anti-dendriti dopate OH-. Così puoi fare una batteria allo zinco con elettrolita polimerico.

tecnonick
19-03-2014, 14:42
già fatto, le ho provate tutte, niente di entusiasmante.... ho anche le membrane.

Piuttosto, qualcuno si ricorda la formula per calcolare in via teorica la capacità di un accumulatore data la coppia redox?

Darwin
19-03-2014, 17:36
Fatemi un favore mi sanguinano gli occhi qunado vedo cose del tipo ossido di grafite! La grafite è una delle tre forme allotropiche del carbonio
Carbonio, grafite e diamante percui ossidanto la grafite (carbonio) si ottiene il monossido di carbonio o l'anidride carbonica (CO oo CO2) entrambi gas.

tecnonick
19-03-2014, 19:27
ma cosa stai dicendo? informati.

Darwin
19-03-2014, 21:16
Dico quello che dice la chimica, restituisco l'nformati

tecnonick
19-03-2014, 23:01
scusa ma è una fesseria, inizia ad andare su Wikipedia e cerca ossido di grafite.

Leonardon
19-03-2014, 23:13
Chimici ed elettrochimici. La guerra è iniziata. Chi vincerà?

A parte le battute, Nick puoi dirmi come hai intercalato MnCl3 nella grafite?

Ciao

P.S. ABBASSO LA CO2....anche se effettivamante serve alla flora! Dai che devo dare ragione a Zichichi.

tecnonick
19-03-2014, 23:35
Ma ci sono vari modi per intercalare nella grafite, temperatura, pressione, via elettrochimica.... fatto sta che non vedo queste potenzialità di cui si parla in rete, e tra l'altro è un argomento che ho lasciato perdere, sto lavorano su un altro progetto molto più interessante e soprattutto meno complicato. Quando avrò dei dati seri ti farò sapere.

Mr.Hyde
20-03-2014, 17:49
Buona sera ,..quanto mi costera' questo intervento in termini di amicizia? :cry:

argomento complesso e ancora non ben compreso dagli stessi chimici, esistono varie ipotesi sulla struttura di quel che nel termine erroneo si definisce ossido di grafite ...per i non addetti ai lavori potrebbe risultare semplice ..per un chimico esistono moltissime domande e molteplici strutture che complicano le cose ..

la presenza dei gruppi funzionali tra uno strato lamellare e l'altro è ancora oggetto di discussione e di difficile stima..
di sicuro si sa' che CO e CO2 vengono prodotti nella reazione di sintesi dello stesso prodotto

che è un' intermedio di reazione per preparare il grafene
wiki parla facile ...ma non è proprio cosi semplice :(

esistono varie ipotesi e teorie in proposito , gruppi carbossilici , gruppi carbonilici , gruppi ossidrilici ( alcolici ), gruppi perossidici , gruppi ossiranici(epossidici)....

comunque per chi volesse informarsi meglio, senza guardare wiki , si potrebbe prendere visione di uno dei tanti studi delle facolta' di chimica ...questo ne è un esempio : tesi di laurea di uno studente dell'universita' degli studi di Firenze

http://www.chimica.unifi.it/upload/sub/LAUREA/PUB/2012-2013/ELABORATI/croce_riccardo-e.pdf

in particolare al paragrafo 3.2 (pagina 28 ) si parla della struttura chimica della sostanza ottenuta

cordialita'

Francy :)

tecnonick
21-03-2014, 06:36
Scusa ma non mi sembra cosi complicato capire che viene chiamato ossido di grafite solo per il fatto che tra i vari strati di grafite si ingloba ossigeno, lo sappiamo tutti che l'ossigeno no è presente in un rapporto preciso, potremmo chiamarlo ossintercalato di grafite? ossido di grafite è il nome che viene attribuito al composto che si viene a creare quando l'ossigeno si sovrappone nei vari strati di grafite, e non si può dire che è errato, semmai si potrebbe dire che è il nome dato a quel tale composto e che è quello che meglio identifica ciò di cui stiamo parlando, d'altronde come potresti chiamarlo se no ossido di grafite?

Mr.Hyde
21-03-2014, 11:45
Ciao Tecno :)


Scusa ma non mi sembra cosi complicato capire che viene chiamato ossido di grafite solo per il fatto che tra i vari strati di grafite si ingloba ossigeno

come vedi non ho dato molta rilevanza alla nomenclatura GO (per cui ho dedicato solo "termine erroneo" )
io non mi fossilizzerei sul nome

comunque visto che insisti sul termine

di fatto tra i vari strati non si ingloba ossigeno ma si formano gruppi carbossilici , ossidrilici , carbonilici, perossidici, ossiranici

in chimica organica i gruppi funzionali definisco la famiglia di appartenenza di un composto

quando è presente un gruppo carbossilico -COOH la specie appartiene alla famiglia degli acidi carbossilici
quando è presente un gruppo ossidrilico -OH la specie appartiene alla famiglia degli alcoli
quando è presente un gruppo carbonilico C=O la specie puo' appartenere a 2 famiglie differenti , le aldeidi(in cui uno dei sostituenti è idrogeno) ed i chetoni ( a meno che non ci sia attaccato al carbonio carbonilico un gruppo OH oppure OR)
quando è presente un gruppo ossiranico la specie appartiene alla famiglia degli epossidi
quando è presente un gruppo perossidico -O-O- la specie appartiene alla famiglia dei perossidi
quando è presente un gruppo -O- la specie appartiene alla famiglia degli eteri

per quanto riguarda le catene carboniose esagonali invece ci sono altre possibilita di nomenclatura

se c'è un doppio legame prende il nome di cicloesene (cicloalcheni)
se ci sono 2 doppi legami prende il nome di cicloesadiene (ciclodieni)
se ci sono 3 doppi legami in posizione 1-3 e 5 prende il nome di arene
se svariati anelli esagonali arenici sono uniti tra di loro prendono il nome di idrocarburi policiclici aromatici

analizzando la molecola ed i gruppi funzionali si possono stabilire le prorpieta' fisiche(p.e. ,p.f ,chiralita' ..etc) e chimiche (reattivita' e affinita' ai solventi)

ora forse risulta chiaro il motivo per cui un chimico sia un poco ostico alla definizione semplice di ossido di grafite?

comunque la storia della chimica insegna che la nomenclatura è soggetta ad unificazione , ed alcuni composti che prima avevano nomi di fantasia oggi si sono unificati

la stessa grafite aveva nomi di tutti i tipi
anche il fenolo(benzenolo) ad esempio veniva chiamato acido carbolico o acido fenico
l'acido perossisolforico veniva chiamato acido di Caro

etc,etc ..

cordialita'

Francy :)

tecnonick
21-03-2014, 18:01
Si sono d'accordo in parte, ma proprio per il fatto che non è possibile stabilire con certezza cosa si forma, credo che quando parliamo di ossido di grafite capiamo tutti di cosa stiamo parlano, anche perché altrimenti i vari studiosi, scienziati commercianti e tutti coloro che trattano l'ossido di grafite sarebbero scemi non trovi?

quindi chiudiamo il discorso chiarendo che è ossido di grafite, e che può assumere varie forme, quindi non andate in sbattimento quando le migliaia di persone che lo usano, che ci studiano, che producono batterie, che hanno fatto brevetti, e tanto altro lo chiamano OSSIDO DI GRAFITE!

Mr.Hyde
21-03-2014, 18:42
tecno per me non ci sono problemi e non ho nessuna difficolta' a chiudere il discorso ..

me ne sto' buono e zitto qui nel mio angolino :)

e se vuoi posso anche dire si è vero si chiama ossido di mica dei pittori

saluti

tecnonick
21-03-2014, 19:37
E' be la discussione è centrata sulle caratteristiche del GO non sul suo nome, d'altronde non credo che possiamo battezzarlo diversamente! Io lo chiamerei schifezza perché fino ad oggi non ho avuto nulla di cosi speciale da poterlo ritenere un buon sostituto di altri catodi, perlomeno con elettrolita alcalino, poi in altre circostanze potrà anche andar bene, ma sono fuori dalla mia portata.

Mr.Hyde
21-03-2014, 19:55
haha ...dai non dire cosi' :cry:

tecno scusa ma tu non utilizzi l'ultimo metodo chimico ufficiale per fare il GO ... quindi magari il prodotto non ha le caratteristiche che ci si aspetterebbe :)

Leonardon
22-03-2014, 01:24
Segnalo questa campagna molto interessante:
Conductive Ink | Indiegogo (http://www.indiegogo.com/projects/conductive-ink)

Qui alcuni video di usi/idee per l'inchiostro di grafene:
https://www.youtube.com/watch?v=IruT...em-subs_digest (https://www.youtube.com/watch?v=IruTLRPV3qY&feature=em-subs_digest)
https://www.youtube.com/watch?v=Hn71...JxNtKuz3rkq16A (https://www.youtube.com/watch?v=Hn71OferKik&list=UU4AkVj-qnJxNtKuz3rkq16A)
https://www.youtube.com/watch?v=mVSr...JxNtKuz3rkq16A (https://www.youtube.com/watch?v=mVSrm8q4G_8&list=UU4AkVj-qnJxNtKuz3rkq16A)
https://www.youtube.com/watch?v=JXyT...JxNtKuz3rkq16A (https://www.youtube.com/watch?v=JXyTC7soRxI&list=UU4AkVj-qnJxNtKuz3rkq16A)
https://www.youtube.com/watch?v=DEs6...JxNtKuz3rkq16A (https://www.youtube.com/watch?v=DEs6hm3bI8w&list=UU4AkVj-qnJxNtKuz3rkq16A)