愛知HAPPY★あいちハッピー

化学を修めた君子。電池、下水浄化、うがいと手洗い、石鹸やコスメの手作り、ハーブ、香りの化学。金欠病の克服、貧乏ライフ。

5月30日(月)のつぶやき

2016年05月31日 | 2016-03

ダニエル電気自作 紙フィルター

2016年05月30日 | aichi-happy理科実験2016
自作する。







セロファンで分離すべきところを、

紙フィルターで分離している。

正極が銅、

陰極がアルミ、

電解質に塩酸と硫酸銅など。(ヨードチンキや過酸化水素も重曹も混ぜた)



電流は一定で安定している。

40mA程度。

電圧は、乾電池に比べて4割程度なので、0.4Vから0.6V程度かな。

分極は、紙フィルターでは制御できないらしい。

しかし、分極の原因と言われる正極での水素ガスの発生も起きていない。
Cuの析出も、見えない。

電流は大きいと思ったけれど、電子オルゴールは鳴らなかった。

電流は減るどころか増加している様子。電解液に浸ってる面積の問題かもしれないけどね。




追記、

その後、電流も落ちてきた。
銅は析出が見られ、硫酸銅は溶け切った。


アルミは白い泡が大量についている。

負極側に泡が出るのは、
OH- → O2 + 2e-

で酸素発生かと思う。

アルミの溶解
Al → Al+3 + 3e-

も併せて起きているとも思う。
アルミ箔は穴があいてボロボロになっている部分があります。


液とアルミと空気界面で泡が出ているんだけど、
酸性では水素発生という記事もあるなあ。

2H+ + 2e- → H2

発生しているがなんのガスかもわからない。

(;´д`)トホホ



液から引き上げてみると、

銅は、析出よりも酸化が起きている?のか

黒くさびてました。

アルミはボロボロになって銅らしき赤黒い付着物が
ついてました。




銅極で、銅の析出が起きずに水素が発生したのか?
正しく銅が析出したのか不明です。


アルミ極で銅の析出って?
アルミが溶けて銅が析出するのが、別々の電極で起こるから
電池になるのに、
実際には、一つの電極で起きてる。



途中で電池の逆反応が起きているようです。

つまり、

アルミ極で銅の析出とアルミの溶解が同時に起こる。
このとき、電子はわずかに余って流れ出して電池の負極にはなる??

正極側には電子を供給されているので、
銅が析出するはずだが、析出した銅がすぐに酸化されて、黒くなっている??

わからないことだらけになっちゃいました。















アルミ空気電池とアルミ銅電池のどちらが面白いか?

2016年05月30日 | aichi-happy理科実験2016
アルミニウム空気電池は、
簡単に自作できる教材としては優れているが、

アルミニウム金属を材料とする点で、
電気を効率よく貯めているとは言えないようだ。

アルミニウム空気電池の副産物であるアルミニウム水酸化物などを
回収して金属アルミニウムに戻すのに電気が大量に必要だからという理由がある。

二次電池化して充電できるアルミ空気電池電池も一部開発されているようだが、
高度すぎて真似できない。


電圧を上げようとするのは材料的に難しい。

電流を上げるためには、シャープペンシルを使っている限り炭素の表面積は一定である。

アルミニウムの表面積を増やすことがカギになると思って、
アルミをたくさん使ってみても電流は伸びない。

炭素棒ではなく、銅箔を正極にする方が
電流は多く流れる。

つまり、アルミ空気電池よりもアルミ銅電池の方が、電流が稼ぎやすい。



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。

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。

+Cu/Zn-(1.0V)
+Cu/Al-(1.9V)
+O2/Cu-(0.9V)
+O2/Al-(2.9V)

という電池特性を計算上はもつ。

銅は正極になったり負極になったりするが、

アルミは常に負極です。卑金属だからね。

昨日は、空気アルミ電池が電圧を稼ぐときには一番いいと思えたけれど、


電流が欲しいときには、電極面積が大きくしやすいアルミ銅電池もいいね。


素焼きで仕切ってるとダニエル電池風で電圧が稼げる。
仕切らずに溶液で電池を組むとボルタ電池風で簡単。


電解液でティッシュを湿らせて電極で挟み込むことも簡単に乾電池風にできます。

酸化剤であるH2O2を電解液に混ぜるのが、簡単にできる電流アップ法。



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


備長炭と銅で実測0.48V
備長炭とアルミで実測0.98V
銅とアルミで0.51V

というデータが載ってました。

電圧は、アルミ空気が一番大きいというのは理論とも私の実験とも一致してます。




電解質では、OH-とH+は特に大きな働きをします。

中性とアルカリ性と酸性では、輸率変わります。
中性でもっとも低くなって、電流が流れにくいです。


銅アルミ電池では食酢や塩酸では電流値が大きくなります。

銅が析出してアルミが溶けるという単純な機構を考えると、

酸によってアルミが溶けやすくなるんでしょうね。

アルミを溶かすには出来たら酸化性の酸にしたいところです。
これもH2O2を加える理由でしょう。

両性金属のアルミを溶かすには、アルカリにする方法もあります。

電解液にKOH,NaOHを使うのもアルカリ電池としていいのかもしれません。



アルカリの方が扱いが難しいので、
酸性電池を作る方がよさそうですね。

いずれにしてもpHが7から遠いところで電解質が働きやすいというのも
電池特性と関係してますね。











5月29日(日)のつぶやき

2016年05月30日 | 2016-03

アルミ、銅、炭素を使って電池を作ってみる(ダニエル電池から)

2016年05月29日 | aichi-happy理科実験2016
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。







電気電池実験オタクになりたいが、

2016年05月29日 | aichi-happy理科実験2016
環境技術のためにできること。

バイオプラスチック、わからない
リチウム電池、難しい
藻オイル、知らない
太陽光電池、うまくいかない
燃料電池、たいへん


バイオプラスチック、とうもろこしからプラスチックを作ってみたい

リチウム電池、銅と亜鉛とで電池作ってオルゴール鳴らしたい

藻オイル、藻からオイルを作って燃やしたい

太陽光電池、チタンから太陽光電池作る

燃料電池、水を電気分解して水素を作って電球を光らせたい





一番簡単なのは亜鉛電池じゃないかな。
チタンは紫外線光で水を分解する様子を観察する。
太陽光電池は実験キットを買えばできるかもしれません。
燃料電池も実験キットを買えば出来そう。

電気を軸にバイオをおまけで紹介するか。

太陽光電池は実験キット使ったけどうまくいかなかったなあ。

対象年齢もよくわからない(゚ω゚?)

子供には難しいし、
大人には意味があまりない
高校生ぐらいかなあ。

それも集客難しい。





社会の中の私

2016年05月29日 | 2016-03
先に日本社会には
環境技術
福祉モデル
観光資源
が求められていると書きました。

http://blog.goo.ne.jp/aichi-happy/e/c4d5c7b9ee9f29bb4ed2edbe41833294

その中で私が役割を負う部分がちっとも見つけられません。

福祉の仕事を増やしてあげる受益者にも成り切れない。

環境技術者になりたかったけど、いまさら難しい。

環境技術を教える、なごや環境大学に再チャレンジする手もあるのかな。

一人でできる事は少ない。

燃料電池
新型二次電池
スマートグリッド
太陽光発電
藻オイル燃料
バイオプラスチック

ここいらを50人規模の会場で講義してくださる先生を探してなごや環境大学に申し込みしたいです。


トヨタ自動車の電池系技術者さんに電池ヒトコマと燃料電池をヒトコマ。
トヨタ自動車の材料系技術者さんにバイオプラスチックをヒトコマ。
日立製作所の技術者さんにスマートグリッド。
シャープの技術者さんに太陽光発電をヒトコマ。
ユーグレナの方に藻オイル燃料。

また、妄想が膨らみました。




島国日本の未来 技術、福祉、観光

2016年05月29日 | 2016-03
日本って資源がないので
資源を輸入するしかありません。

そのために外貨を稼ぐ必要があります。

今は自動車産業等が輸出して、
資源を輸入するスタイルです。

この前提が崩れる時代が来るかもしれません。

資源の代表である石油を使わない化学や自動車や発電所が実用化されつつあります。

バイオ燃料やバイオ化学材料、電気自動車や燃料電池などがそれらを支える技術です。

藻から油を取る技術、
植物を材料としたプラスチックの技術、
電池とモーターで動く自動車、
水素をゆっくり反応させて電気を取り出す発電技術が具体的な技術です。


これらを開発する上で既存の化学や物理や生物の知識では足りません。

インターネットやモノのインターネットと言われるIoTで高度にインフラとして制御される発電網が目指されています。

では、人々の暮らしはどう変わるでしょうか?

あまり変わらないと私は思ってます。

エネルギーや資源や化学は社会を影から支えて、人々はその変化には気付かないでしょう。

原子力発電に反対する人も夏場はクーラーを使うでしょう。

地球温暖化を心配する人も移動には自動車を使うでしょう。

不自由には戻れないのです。

人々の暮らしを支える大きな技術を作る事が求められていますが、実際には一部の技術者が携わることです。

そのために技術を進みやすくするルールを作ることは大事だと思います。

温暖化ガス排出権等のルールです。

中国、インドの20億人が石油を使い切る前にルールと技術を作るべきだと考えています。

日本には当然、技術者以外にも仕事があります。

大きく伸びるのは福祉と観光でしょう。

福祉は必要な人を助けるために行いますが、一方では助けたい支援者の仕事を大量に生み出す現場です。

観光は外貨を稼ぐために必要な産業です。

自動車を組み立てて外貨を稼ぐ産業は日本に残らないでしょう。工業は組み立てから開発へ軸足を移すでしょう。

観光は英語や中国語といった語学と日本らしい観光資源を組み合わせて伸ばすように力を入れています。

小さな島国日本が世界に提供できる価値は
環境技術
福祉モデル
観光資源
があると指摘されています。



5月28日(土)のつぶやき

2016年05月29日 | 2016-03

私もあなたと泣いていい?

2016年05月28日 | 2016-03
私もあなたと泣いていい?

金がないので喫茶店へも
簡単には入れない。

餃子の王将さんで
餃子単品を頼んで席に座っている。

餃子単品だけなんて頼みかたはおかしいけどね。

金がない割に路上で座るのは慣れてない。

慣れない場所で公園も見つけられない。

https://youtu.be/C61JJW2HlOs

悩んでるあなたの事がなぜか私に分かるの。

悩んでる?

貧乏に甘んじてる。

どうにも動けない。

5月27日(金)のつぶやき

2016年05月28日 | 2016-03

5月26日(木)のつぶやき

2016年05月27日 | 2016-03

赤ちゃんかわいい

2016年05月26日 | 2016-03
ママさんと語る場に参加した。

同じような名前で前は、
障害者とか引きこもりとかいきづらさ、孤立してる人の語らう場だった。


今回からは、
障害に特にこだわらず告知されてました。

赤ちゃんを連れたママさんと
語る場になってました。

だいぶ主旨とずれたのは私だけだったようで浮いてました。

ボランティア大型助成

2016年05月26日 | 2016-03
ボランティアサークルで大型助成にチャレンジする。

内容は、
新聞広告を活用した就労情報支援事業だ。
広告と紙マガジン、ウェブ、語る会、居場所を組み合わせて

中堅世代の引きこもり、障害者に情報を届けて

一人じゃない気持ちを味わってもらい、
就労情報や福祉情報へアクセスすることを応援する。


名古屋の引きこもりのうち
情報へアクセスしていない孤立している中堅世代の方を主な対象とします。


家族も高齢化でインターネットへアクセスしていないような方へ

新聞広告という形で
まず一歩外へ出る、就労情報へアクセスすることを応援します。


紙マガジン、ブログの充実をはかります。

5月25日(水)のつぶやき

2016年05月26日 | 2016-03