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Cella a combustibile fatta in casa

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  • Ciao, le lastre di zinco non vanno bene, perchè la superficie che offrono è limitata rispetto allo zinco in polvere, e non è possibile sostituire l'argento se non con il nichel o il cobalto, perchè funge da catalizzatore e quindi permette di ottenere una resa maggiore (se per esempio utilizzi acciaio rame o altri metalli la tensione cala del 30% mediamente), senza contare il fatto che a contatto con il carbone e l'elettrolita si ossiderebbero in pochissimo tempo...

    L'argento è quello che mi ha dato i migliori risultati, infatti se uso il nichel come supporto ho una resa inferiore del 20-25%. L'argento per lavorazione non costa molto... (lo pagai 55 centesimi al grammo 2 anni fa, oggi sarà su 1 euro grammo) basta placcare d'argento una maglia inox e siamo aposto, ne serve una briciola di micron....

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    • Allora, riprendiamo un attimo il discorso del carbone che si impregna di elettrolita:

      l'ultima prova che ho fatto, sul cilindretto, è quella che ha proposto Elektron, ed è quella che avevo già fatto altre volte, con vari solventi. Oggi ho utilizzato acqua ragia (pare che il contenuto sia in prevalenza NAFTA), ho scaldato a 70°, il polietilene si è sciolto, la soluzione è diventata trasparente, ho immerso il cilindretto il quale ha assorbito la soluzione, ma questa volta la soluzione è al 2%. Dopo che il cilindretto si è inzuppato per bene l'ho estratto e messo in forno a 100° per 10 minuti, in modo da far evaporare l'acqua ragia, in seguito l'ho fatto raffreddare in modo da far solidificare il polietilene all'interno dei pori. La resa iniziale era di 36 milliwatt, però dopo 2 ore si è inzuppato anche questo. La cosa strana è che questo problema lo risconto anche se utilizzo il teflon: nonostante il cilindretto assorbe il teflon, dopo 2-3 ore si inzuppa e chiaramente la "pila" riduce notevolmente la sua resa.

      Ma dove sta il trucco per non far assorbire l'elettrolita al carbone??? sia il teflon che il polietilene sono idrorepellenti, com'è possibile che nonostante i pori siano cosparsi per bene assorbano comunque elettrolita?

      Ho letto su alcuni brevetti che questo problema ce l'hanno anche i migliori catodi ad aria in commercio, anche se molto più lieve, e per ovviare a questo semplicemente costruiscono le batterie con elettrolita gelificato. Ora: quale potrebbe essere un gelificante che evita l'effetto capillarità e allo stesso tempo permette la reazione chimica? come dicevo in precedenza ho utilizzato carbossimetilcellulosa sodica, la quale gelifica piuttosto bene senza interferire con la reazione, ma anche gelificando molto, il carbone semplicemente si inzuppa in un tempo più lungo. E quale potrebbe essere un sistema per evitare l'assorbimento senza dover gelificare?

      Se mi accontentassi di una resa di max 100mW per centimetro forse sarei aposto, perchè dopo 4 giorni il catodo ancora funziona, pare non si impregnia, ma 100mW non bastano.
      Ultima modifica di tecnonick; 11-04-2011, 20:25.

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      • secondo me non riesci ad ottenere un cilindretto perfettamente a tenuta per via che quando si raffredda la dilatazione termica del carbonio e del polietilene lascia dei microspazi da cui l'acqua passa. Forse osservando il cilindretto al microscopio si possono intravedere queste fessurazioni. E' solo una ipotesi...
        C'è una idea che mi balza per la testa... Praticando un foro longitudinalmente non passante in un elettrodo cilindrico e applicando all'imboccatura un palloncino gonfiato la pressione dell'aria interna ad esso maggiore rispetto all'esterno dovrebbe tener fuori l'acqua e dare un apporto di ossigeno maggire in grado di aumentare il rendimento. Anche questa è solo una ipotesi...

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        • ciao, sono pienamente daccordo con te, su tutte e due le ipotesi, infatti ieri mi sono letto per bene un datasheet dove sono spiegati 3 metodi per la preparazione dei catodi ad aria, ed in effetti per evitare quei microspazi tra carbone e teflon c'è tutta una lavorazione in un "frullatore" con solvente organico per ridurre le dimensioni delle particelle di teflon e carbone e miscelarle per bene, dopodichè vengono pressate anche a 1000psi per cm" e infine laminate sul supporto metallico. Questo sistema addirittura non prevede cottura, perchè dopo la laminazione pare si formino delle fibre rigide composte di teflon e carbone. Avevo pensato pure io a insufflare aria per tenere distante l'elettrolita, sicuramente funziona, ma si seccherebbe, perchè immagina una cella che inizia a funzionare grazie a delle ventole che comprimono aria sull'elettrodo, nel momento in cui le ventole sono spente l'elettrolita è dentro i pori del carbone, appena arriva aria parte di questo sicuramente si solidifica all'interno, e poi il koh a contatto con il monossido di carbonio presente nell'aria a poco a poco si converte in carbonato di potassio, quindi questa soluzione non credo vada bene.

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          • Sono un po' fuori dal mio ramo ma credo che il materiale ottimale al posto dell'argento sia l'oro. I miglioramenti dell'argento dovrebbere essere dovuti all'elettronegatività del materiale. Nel caso di Carbonio e Argento questa è di 2.55 e 1.93. Il più simile è l'oro che ha elettronegatività pari a 2.54. La differenza fra questa e l'elettronegatività dell'alluminio 1.61 da circa i volt per cella in una cella ideale. Per quanto riguarda il problema aria sarebbe da provare con materiali che già contengono ossigeno come il polietilene tereftalato già saturo di ossigeno.

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            • Originariamente inviato da tecnonick Visualizza il messaggio
              Allora, riprendiamo un attimo il discorso del carbone che si impregna di elettrolita:

              l'ultima prova che ho fatto, sul cilindretto, è quella che ha proposto Elektron, ed è quella che avevo già fatto altre volte, con vari solventi. Oggi ho utilizzato acqua ragia (pare che il contenuto sia in prevalenza NAFTA), ho scaldato a 70°, il polietilene si è sciolto, la soluzione è diventata trasparente, ho immerso il cilindretto il quale ha assorbito la soluzione, ma questa volta la soluzione è al 2%. Dopo che il cilindretto si è inzuppato per bene l'ho estratto e messo in forno a 100° per 10 minuti, in modo da far evaporare l'acqua ragia, in seguito l'ho fatto raffreddare in modo da far solidificare il polietilene all'interno dei pori. La resa iniziale era di 36 milliwatt, però dopo 2 ore si è inzuppato anche questo. La cosa strana è che questo problema lo risconto anche se utilizzo il teflon: nonostante il cilindretto assorbe il teflon, dopo 2-3 ore si inzuppa e chiaramente la "pila" riduce notevolmente la sua resa.

              Ma dove sta il trucco per non far assorbire l'elettrolita al carbone??? sia il teflon che il polietilene sono idrorepellenti, com'è possibile che nonostante i pori siano cosparsi per bene assorbano comunque elettrolita?

              ......
              Se mi accontentassi di una resa di max 100mW per centimetro forse sarei aposto, perchè dopo 4 giorni il catodo ancora funziona, pare non si impregnia, ma 100mW non bastano.
              Ma scusa un attimo Tecnonick ... eh ... 100 mW sono quanto basta e avanza. Non puoi pretendere di piu' altrimenti arriviamo al problema (che hanno tutti e che credo sia) ... lo swelling della membrana. Scusa non e' a caso che hanno inventato il Nafion prorpio perche' e' una membrana che "resiste" all'acqua e nel contempo lascia passare la corrente elettrica.
              Non vorrei che tu stessi pretendendo troppo da materiali che in partenza (piu o meno si sa') non sono adatti.
              Solo un mio parere naturalmente, ma prova anche con la resina epossidica mischiata con sali di fosforo (circa 2%) che mi sembrava di aver letto in giro dava buoni risultati ...
              Ti faccio anche i complimenti per la tenacia e competenza sul fatto specifico.

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              • Per riallacciare il discorso sul palloncino... se usassimo ossigeno puro in pressione da una bombola risolveremo il problema del monossido di carbonio... la pressione serve per tenere al di fuori del carbonio l'elettrolita che a pressione atmosferica non può superare la barriera di pressione. Inoltre ricordo che il principio di funzionamento della cella alluminio - aria è proprio la formazione di ossido di allumio che reagendo con l'ossigeno cede elettroni... come ho letto più volte l'ossigeno necessario deve arrivare dall'elettrodo e non dall'elettrolita se no si ha formazione di idrogeno prelevato dall'acqua della soluzione...

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                • Secondo mè il problema dipende proprio dal fatto che il polietilene o il teflon non aderiscono bene ai pori, e quindi quando l'elettrolita entra tende a porsi tra il carbone e lo strato di teflon o pilietilene. Utilizzando il sitema di impregnazione che uso io è probabile che il deposito nei pori non avviene in modo uniforme e non è ben saldo, magari si forma una maglia non omogenea che lascia zone di carbone scoperto e quindi l'elettrolita lentamente si interpone tra i due strati. In effetti se ci ragioniamo un attimo c'è una bella differenza tra comprimere scaldando e scaldare e basta, nel primo caso l'idrorepellente è costretto ad aderire al carbone per via della pressione che esercito sull'impasto, nel secondo caso invece se ne va dove gli pare. Se ci fai caso, in ogni brevetto che parla di realizzazione dei catodi, dicono sempre che l'impasto è pressato, e minimo 50 chili per centimetro quadro. Per esempio in un altro brevetto leggevo che la realizzazione del catodo avveniva in una pressa di 50 chili per centimetro e surriscaldata a 350°, per mezzora. Insomma pare non sia proprio semplice.

                  C'è anche da dire che l'idrorepellente deve creare una struttura senza interruzioni da poro a poro, perchè altriemti l'ossigeno arriverebbe soltanto in alcune zone, immagina una spugna, e immagina che sia coperta soltanto a zone con l'idrorepellente, quando la bagni accadrebbe che l'elettrolita fluirebbe ovunque interponendosi tra le zone coperte e quelle non coperte, le zone non coperte potrebbero essere paragonate all'interruzione delle piste di un circuito elettrico, la corrente non passa. E per tanto, manmano che l'elettrolita penetra nei fori mi crea dei punti di interruzione che non permettono più il flusso di ossigeno, ed ecco che poco a poco cala la resa, proprio perchè l'ossigeno può fluire soltanto nei punti dove non ci sono interruzioni. Questo potrebbe essere dimostrato dal fatto che l'elettrodo non smette di funzionare, ma semplicemente cala la resa, se invece lo immergiamo completamente nell'elettrolita la pila smette di funzionare, quindi resta comunque un circolo di ossigeno ma limitato a poche zone integre.

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                  • Ora mi viene da pensare che se fosse realtà quello che ho appena scritto, il problema si potrebbe ovviare utilizzando nero fumo al posto del carbone attivo, il nerofumo è fatto da minuscole particelle senza pori, ma che offrono comunque una superficie enorme, perchè essendo di forma irregolare o comunque tonda/ovale, nel momento in cui le comprimo ottengo dei punti di contatto limitati e delle aree vuote notevoli, se queste particelle le miscelo a particelle di polietilene con diametro simile, e le presso per bene, creo una struttura dove l'elettrolita fluisce soltanto negli spazi presenti tra le varie particelle, ma siccome non abbiamo pori il polietilene aderisce a superfici dove il lato carbone non è penetrabile dall'elettrolita, e quindi l'elettrolita teoricamente non dovrebbe potersi interporre tra i due strati. In fin dei conti, se prima di lavorare i catodi viene fatta una frullatura per ben 2 ore(letto su un datasheet) per rendere le particelle sempre più minuscole, si presume che si cerchi di creare superfici sempre più prive di pori, perchè inevitabilmente questi in 2 ore si sfondano, creando polvere ultrafine.... polvere che probabilmente complica la vita all'elettrolita nel suo tentativo di interporsi, proprio perchè l'idrorepellente avendo trovato superfici più regolari e prive di pori ha modo di attaccarsi bene, e siccome le particelle create sono comunque di forma irregolare, i punti di contatto sono limitati rispetto all'area superficiale, e quindi la superficie totale è enorme. un pò come il fatto di utilizzare zinco in polvere al posto dello zinco in lastra, perchè ho più resa? perchè essendo le particelle di zinco a contatto soltanto in minuscoli punti, il resto dell'area delle particelle è a libero contatto con l'elettrolita, un pò come se prendessi 1000 biglie e le metterei in una scatola, il volume resterebbe quello della scatola, ma la superficie totale delle biglie sarebbe enorme, mentre se queste biglie fossero fuse, la superficie che avrei sarebbe quella dei lati della scatola.
                    Ultima modifica di tecnonick; 13-04-2011, 00:00.

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                    • PER ELEKTRON:

                      Grazie del tuo consiglio, però considera che ci sono in commercio catodi che erogano in modo continuo oltre 500 milliwatt! quindi deve esserci un sistema per farli... 100mW ci basterebbero a noi per farci delle batterie che utilizziamo dove non abbiamo necessità di grandi prestazioni, ma saremmo ben al disotto della resa watt/chilo delle altre pile, e quindi tanto vale utilizzare altre pile. Io credo che se ci ragioniamo bene troviamo una soluzione.

                      La membrana non può soffrire sopra i 100mW, perchè altrimenti non funzionerebbero nemmeno le comuni pile alcaline, considera le stilo hanno una superficie interna di circa 15cm, e tirano molto più di 100mW per centimetro. Inoltre non è obbligatorio interporre una membrana nelle pile aria/zinco, infatti se utilizziamo un elettrodo di zinco sinterizzato e l'ari cathode sono entrambi rigidi, tra i due mantieni uno spazio di 1-2mm riempito di elettrolita e sei aposto, mi spiace che non siano più visibili le foto della vecchia batteria che avevo costruito, perchè ne erano l'esempio perfettamente funzionante.

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                      • quindi secondo quanto detto sopra per preparare un catodo ottimo si dovrebbe polverizzare il carbonio (?%), polverizzare il polietilene (?%), creare uno stampo dove posizionare all'interno una rete inox placcata argento (? cm2) e versarci la miscela carbonio/polietilene che ha subito almeno 1 ora di miscelazione infine infornare il tutto a 70°C (forse qualcosina di più ?) per 1 o 2 ore a una pressione di 50 bar (già qui siamo nell'industriale al massimo in casa si pole fare a 10 bar e sono già tanti....). Mi sono scordato qualcosa?

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                        • Potrebbe essere una cavolata ma sembra che come catalizzatore efficiente può essere utilizzato ossido ferrico presente nei nastri delle cassette musicali vecchie. Chissà ?!?!?

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                          • Ciao, si la procedura standar di realizazione pare sia quella, non è complicato fare una pressa a caldo, basta una vite, due placche di alluminio spesse 2-3cm con all'interno due elementi scaldanti e una termocoppia e siamo aposto. ma il bello era proprio riuscire ad evitare questa procedura trovando un sistema più semplice.

                            Riguardo il catalizzatore se ne possono usare molti, anche l'ossido nero di rame funziona, questo è il meno dei problemi, anche se comunque il catalizzatore deve creare sempre un film uniforme sparso nel carbone, quindi il frullatore ci vuole

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                            • Oggi ho fatto un'altra prova, utilizzando il nero fumo (nero di acetilene), e il 20% di polietilene, ho amalgamato bene il tutto, pressato a 50 chili per cm" su una spirale di argento con diametro 1,5cm e distanza tra i cerchi di 1mm, infornato a 110° per 20 minuti. Si è creata una struttura molto compatta, rigida, ma che non tira più di 2 milliwatt/cm". E' completamente impermeabile, non si bagna minimamente, quindi l'elettrolita non penetra e per tanto non funziona. L'unica cosa buona è che sono già 5 ore che non cala di potenza, quindi significa proprio che il calo di potenza è dovuto all'elettrolita che oscura i pori del carbone attivo.

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                              • Forse non ho capito bene io ma la pressa a 50 kg cm2 la fai come? Io intendevo in camera iperbarica a 50 bar...
                                Secondo me ora succede un'altro problema la reazione non è più catalizzata per via che l'elettrolita non raggiunge più l'argento quindi le rese sono scese drasticamente. In questo caso direi di provare anche con l'ossido d'argento e di spostarlo all'esterno. In pratica avvolgere il carbonio con un film di catalizzatore che stia a contatto con l'elettrolita. Questo penso dovrebbe tener fuori anche l'acqua ed evitare l'inzuppo. Dimenticavo quanto misura la resistenza dell'elettrodo?

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                                • La pressa non deve essere una camera pressurizzata ma una vera e propria pressa! serve per compattare l'elettrodo(andrebbe cotto mentre è in pressione, ma questo non lo posso fare perchè non ho una pressa che scalda, magari la farò appena ho più tempo), l'argeno è a contatto con l'elettroltia, perchè il lato cella è scoperto, il carbone è a raso con l'argento, mentre il lato esposto all'aria è coperto dal carbone. Il catalizzatore argento non deve essere in forma di ossido ma in particelle metalliche finemente sparse nel carbone (se tira 400mW solo il filo di argento non voglio immaginarmi cosa tira se metto un 20% di argento sparso nel carbone).

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                                  • PS.

                                    Se cerchi su google "air cathode" puoi farti un idea di come sono realizzati e come lavorano.

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                                    • c'è qualcosa che non torna... ma se è una spirale e il carbone avvolge tutto il filo di argento... puoi postare una foto dell'elettrodo così mi chiarisco le idee su come l'hai progettato?

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                                      • Si lo avvolge tutto, cosi deve essere, ecco la foto:
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                                        • Ora ho inteso e mi sono chiarito anche perchè ti si inzuppa il tutto.

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                                          • ma va...... guarda che ho comprato i catodi ad aria e sono fatti cosi, al posto di una spirale c'è una rete, e ho anche quella e li ho fatti pure sulla rete!

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                                            • scusa non voleva essere una offesa al tuo ottimo lavoro é stata un'affermazione avventata!!! Che resistenza ha il tuo catodo?

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                                              • ma no non scusarti ci mancherebbe, non mi sono offeso, però non lasciarti ingannare dalle apparenze, bisogna ragionare bene sulla massa del carbone e idrorepellente, non sul supporto, per quello ci possono essere molte varianti, ma se la massa si inzuppa puoi mettere tutti i supporti che vuoi ma non otterrai mai un catodo decente...

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                                                • Hai presente quando vieni a conoscenza di un nuovo prodotto? e ti dici: cavolo, certe persone hanno tanta di quella fantasia..... cose cosi ovvie ma che se ti metti a pensare anche per 2 mesi non ci arrivi... ecco, secondo me ci stiamo perdendo in un bicchiere d'acqua, non arriviamo a capire un particolare che quando e se lo scopriremo sarà cosi banale che avremo solo da ridere.... perchè morale della favola: se ce l'hanno fatta loro, perchè non dovremmo farcela noi? potrei capire se l'impedimento fosse dovuto a macchinari e strumentazioni che ci mancano, ma qui abbiamo: datasheet che parlano chiaro, conoscimo tutti gli ingredienti, e 50 chili di pressa non sono certo un problema, come non lo è scaldare, dobbiamo solo assemblare in modo corretto.

                                                  Ricapitoliamo un attimo:

                                                  un catodo ad aria deve avere le seguenti caratteristiche:

                                                  - permeabilità all'ossigeno
                                                  - impermeabilità all'elettrolita
                                                  - buona conducibilità elettrica
                                                  - rigidità tale da far si che non si screpoli facilmente

                                                  allora: il polietilene, immaginiamo di scioglierlo in trielina a 70-80°, otteniamo una soluzione che viene tranquillamente assorbita dal carbone, una volta assorbita dobbiamo essiccarla in modo da far rimanere il polietilene nei pori ma non la trielina. Quando mettiamo il catodo in forno la trielina inizia ad evaporare, e rimane questo strato di polietilene, adesso però non sappiamo cosa gli potrebbe accadere visto che siamo a più di 100° all'interno di un arbone attivo, e se il polietilene subisse un'ossidazione? un particolare che non noto in nessun datasheet è se la cottura viene fatta in atmosfera inerte o no. immaginiamo di mettere teflon al posto del polietilene, in questo caso avremmo una temperatura di oltre 330° per sinterizzarlo, e in questo caso cosa potrebbe accadere al teflon se si trova in quelle condizioni a contatto del carbone attivo? magari nulla, ma non lo so. Sto cercando di valutare tutte le ipotesi possibili, perchè ho seguito alla lettera tutto ciò che ho letto in vari datasheet, ho anche scaldato la massa di teflon, carbone e argeno a 350° sotto pressione di 50 chili cm" per mezzora, doveva funzionare no? e invece anche in questo caso non va.
                                                  Ultima modifica di tecnonick; 13-04-2011, 20:08.

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                                                  • capisco e se fosse un problema di quantitativi? Cioé dosaggi? Il carbonio ha una certa struttura il polietilene un'altra di dimensioni maggiori potrebbe essere che ne hai usato poco? Scusa se te lo richiedo ma la resistenza di un catodo é importante per la resa maggiore é minore é l'erogazione.

                                                    Commenta


                                                    • Magari fosse quello, ho provato a partire da percentuali dal 5% fino al 40% in peso, sia con polietilene che con teflon, vedo solo differenze di rendimento, ma dopo le famigerate 2-3 ore il catodo smette di funzionare. Non scherzo quando dico che ho fatto più di 200 prove, credimi, ho provato tutte le possibili temperature di cottura, pressioni, quantità, tipi di carbone attivo, tipi di solventi, senza solventi, insomma non so più dove cavolo devo andare a ficcare il naso per capire dove sta l'errore. Premesso che ho provato su supporti di nichel, argento, cobalto e acciaio.

                                                      Cavolo è assurdo, prendo un cilindretto di carbone attivo, gli faccio il trattamento con polietilene sciolto a 70-80° con trielina, quando l'ho cotto questo è impermeabile all'acqua, cioè gli appoggio una goccia d'acqua sopra e questa rimane li, non viene assorbita, evapora! ma se lo uso come catodo è come se dopo ste 2 ore il polietilene perde il suo potere idrorepellente. E la cosa interessante è che vedi proprio che l'elettrolita sta penetrando perchè la potenza erogata parte da 20mW fino a 400mW per poi stabilizzarsi e iniziare a calare.

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                                                      • Altra prova fatta, che dimostra quanto sia colpa dell'elettrolita che satura i pori: ho fatto un impasto di koh e carbossimetilcellulosa sodica in modo da ottenere un gel molto solido(50% carbo e 50% koh), uso un cilindretto di carbone attivo semplicemente appoggiato ad un filo d'argento(10 millimetri di area a contatto con l'elettrolita), mi tira circa 211mW, sono 15 minuti che va e non cala, a vista il cilindretto non è bagnato(la carbossimetilcellulosa difficilmente permette all'acqua di andarsene altrove, se la trattiene lei). Non vedo altro motivo.

                                                        PS.
                                                        Ogni valore di potenza che indico è riferito sempre al centimetro quadro, anche in questo caso i 210mW non sono su 10mm ma su 1cm.

                                                        è passata un ora e mezza, la potenza non si è ridotta, sono sempre sui 210mW. Evidentemente i pori del carbone attivo non riescono ad assorbire la soluzione sotto forma di gel.
                                                        Ultima modifica di tecnonick; 13-04-2011, 21:55.

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                                                        • é già un buon risultato e vedo che ci sei vicino però evidentemente c'é qualcosa che non va e impedisce di erogare i tanto agoniati 500mw... Sicuramente una delle soluzioni é gelificare l'elettrolita ma in questo modo aumenti la resistenza della cella... Che distanza hai tra catodo ed anodo?

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                                                          • idea un po' azzardata... Metti il catodo preparato con trielina diluisci il tutto in acqua distillata e metti tutto nel forno a microonde fino alla completa evaporazione... L'acqua per evaporare raggiunge i 100c... Ecco che però la cottura avviene in tutte le parti omogeneamente e non solo esternamente come in un forno normale... Attento che non si generino scintille o ti ritrovi un forno rotto quindi niente contenitori metallici.

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                                                            • la distanza è 1mm, in questo momento ho appena finito un'altra prova, ho ridotto la concentrazione del koh al 20%, ho gelificato con 35% di carbo, sto tirando 400mW! però la tensione cala, lentamente ma cala. Ho provato a spostare il cilindretto in una zona dove c'è zinco non utilizzato e la tensione non torna ai valori iniziali. In questo caso pare che se non supero i 200mW tuto va bene, mentre se vado oltre accade qualcosa, e qualcosa che sto notando ad occhio: la carbossimetilcellulosa mi si solidifica sul catodino in carbone come stesse avvenendo elettroforesi, questo particolare l'ho notanto anche quando avevo proprio necessità di fare elettroforesi di alcune sostanze tenute in sospensione con carbo, quando davo corrente, dopo un pò mi si formava uno strato di gel denso sul positivo.

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