アルミ、銅、炭素を使って電池を作ってみた。

1)硫酸銅と塩酸の溶液に亜鉛と銅箔を突っ込んで電池にすると、銅が正極の電池になる。(ダニエル電池として有名。今回は自作してない。)
これを基に変形していく。

2)硫酸銅と塩酸の溶液にアルミ箔と銅箔を突っ込んで電池にすると、銅が正極の電池になる。

3)硫酸銅と塩酸の溶液に炭素(シャープペンシル芯)と銅箔を突っ込んで電池にすると、銅が負極の電池になる。

4)硫酸銅と塩酸の溶液に炭素(シャープペンシル芯)とアルミ箔を突っ込んで電池にすると、アルミ箔が負極の電池になる。

以上の電池を酸化還元電位を基にまとめると、

アルミ、-1.6

亜鉛、-0.7

水素、0 標準水素電位(V)

銅、+0.3

ヨウ素、+0.5

酸素、+1.2

という文献値がある。

1)ダニエル電池では1.0Vほどの起電力があるとされている。

これは銅と亜鉛の酸化還元電位差と一致する。

2)アルミ銅電池では、計算上は1.9Vの起電力があるはずだが、

銅上に水素が発生することと、アルミ上に不働態が形成されることで電位は実測は0.6V以下。
銅線を使うと電流がわずかに流れる程度。
アルミ箔と銅箔なら30mA以上流れる。電圧は市販マンガン電池の半分ぐらい。

3)空気銅電池で、シャープ芯の炭素上の空気を正極として電池ができると言われる。
起電力は0.9Vと計算されるが、実測も0.9V程度。銅線なら電流は数mA流れる程度。
銅箔を使うと電流は20mA程度。

4)空気アルミ電池は、シャープ芯の炭素上の空気を正極として電池ができると言われる。
備長炭を塩水濡らしたティッシュとアルミ箔で巻くとできる。
今回は上述のように硫酸塩酸溶液中に炭素とアルミ箔を突っ込んで作った。
起電力は2.8Vと計算されるが、実測は1.1Vぐらい。電流は30mA程まで流れた。
他の電池に比べて電圧・電流値ともに簡単にあがる。
これで、電子オルゴールが鳴りました。

(電圧・電流値に影響を与えるもの)
もちろん、電流値は電極面積に比例します。

塩酸は電圧・電流ともに大きくなります。
クエン酸では、電圧・電流ともに小さいです。

電流は電解質によって変わるようです。
電圧は、不思議ですね。

電圧は参照電極がないと正確には計れませんとは書いてありますが、
電圧計で市販電池を計ると、1.5V前後を指します。
自作電池は、ほとんどが0.5V程度ですね。

電流は、液の拡散、電極を液中で動かすことで大きくなりました。
特に、炭素電極(正極)を動かすと電流が大きくなります。
O2の拡散律速になっているんでしょうか?
炭素が面積が小さいからでしょうか?

アルミ電極(負極)は動かしても電流が大きくなる効果が小さいです。

電圧は、電極材料で変わるようなので、拡散効果では上がりません。

ヨードチンチは電流値にあまり影響しませんでした。
むしろヨウ化物イオンで電圧も電流値も下がってます。

過酸化水素水は電流値をあげるのに効果があります。

これはダニエル電池では
酸化剤としてH2O2が働いて、水素ガスを水素イオンに戻すのに役立つと説明されています。

水素ガスが発生していると考えられるのは、ダニエル電池での正極です。

2H+ + 2e- → H2
Cu2+ +2e- → Cu
が同時に起こるからで、水素ガスが発生すると減極するといわれます。

ダニエル電池での水素ガスを水素に戻すという説明と
アルミ空気電池での電流値が上がるのは同じ説明でいいのでしょうか??
電圧が上がるのではなく電流が上がったことを説明するなら、
炭素電極を動かすと電流が上がることを考えると、
過酸化水素が空気電池に酸素を供給して電流を上げると考えました。

アルミ箔と電解液を漬けたティッシュでシャーペンの芯を巻くことで、
乾電池を自作して、電子オルゴールを鳴らしました。
芯を抜き差しすると、電流・電圧ともに回復(向上)します。

アルミ空気電池自作は山ほどページがありますが、

以下のページが分かりやすくていいと思います。

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

(紫外光の効果)

太陽電池の要素を加えるならば、

酸化チタンの光触媒力を利用するので酸化チタン上のものが酸化・還元される。
酸化チタン上のヨウ化物陽イオン+がヨウ素(0)に還元されて電子を出して電池負極として働く。

+Cu/Zn-
+Cu/Al-
+O2/Cu-
+O2/Al-

これらにチタンを加えるとチタンは電池負極として働くので、

5)銅箔と組み合わせるなら、亜鉛箔上または、アルミ箔上にチタンを塗るとことが有効と考えられる。

6)炭素と組み合わせるなら、銅箔上または、アルミ箔上にチタンを塗るとことが有効と考えられる。

特に
6)の空気アルミ電池のアルミ箔上に酸化チタンを塗って、紫外線を当てると
起電力や電流値に違いが出るはずだと推測している。

ヨウ素を加えないと、いけないのかもしれないが、上述のように
ヨウ化物イオンは電池としては性能が下がる。

アルミ空気電池について。

正極は炭素で多孔質で表面積を稼ぐ。
酸素が空気中から供給されやすいものがいい。
銀系触媒で長寿命化できるらしい。
金属アルミは塩酸で溶ける際に、単純にアルミニウムイオンにはならないらしい。
PHが変わったり、ぬるぬるしたりする現象があるという。

酸性  Al(OH)3→Al3+
塩基性 Al(OH)3→Al(OH)4-aq

溶存酸素を含む中性の水中で不動態化します。
塩酸や希硫酸などの非酸化性の酸の中では、
酸の濃度がごく低いときには不動態化しますが、
濃度が濃くなると不動態皮膜が溶けてしまいます。
このような状態を「活性態」といいます。

温度が上がると電流が上がる。

電解質はKOH水酸化カリウムが亜鉛空気電池では使われる。

空気電池は二酸化炭素があると、良くない。
ストーブの近くでは電圧が下がるという。

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