Warum entspricht die Spannung von Essigbatterien in Reihe nicht der Summe der einzelnen Spannungen?

Ich arbeite an einer Demo / praktischen Übung für die Grundschulklasse meiner Söhne und habe einige kleine Batterien mit neuseeländischen 10-Cent-Münzen (kupferbeschichtet), Zinkwaschmaschinen und mit Essig getränktem Karton hergestellt. Jede einzelne Zelle misst ungefähr 0,96 Volt, aber wenn ich 4 davon zusammensetze, bekomme ich nur ungefähr 2,6 Volt heraus. Ich frage mich, ob mir etwas an der Natur dieser Batterien nicht bewusst ist, das dazu führt, dass sie sich nicht summieren.

Selbst bei 2,6 Volt, der gleichen Spannung wie bei einem Paar Eneloop AAs, ist die LED überhaupt nicht sehr hell - im Vergleich zum Anschließen an die Eneloop AAs, bei denen die LED ziemlich hell ist. Liegt das an der geringen Stromstärke der Essigbatterie? Würde es besser sein, mehr in Serie zu schalten (oder muss ich eine zweite machen und sie parallel anschließen?).

Ich bin ein bisschen ein Neuling in Sachen Elektronik und lerne es jetzt meistens, da mein Sohn sehr interessiert ist, also habe ich Spaß daran, es mit ihm zu lernen.

Danke für alle Tipps.

Ich habe unten ein Bild angehängt, das das beabsichtigte Endprodukt zeigt (ich drücke die Ober- und Unterseite der LED-Drähte zusammen, um die Schaltung als einfachen Schalter zu vervollständigen). Auf der rechten Seite verwende ich für meine Zellen (abzüglich des Essigs und ohne dass der Karton passend zur Münze geschnitten wird.)

Sie demonstrieren nicht nur die grundlegende Stromerzeugung, sondern auch, warum wir keinen kommerziellen Strom mit Münzen und Essig aus Neuseeland erzeugen!

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Abbildung 1. Jede Batterie hat einen Innenwiderstand, der mit zunehmendem Strom einen Spannungsabfall verursacht.

Der Innenwiderstand bewirkt einen Spannungsabfall, wenn der Strom zunimmt. Eine einfache Demonstration hierfür besteht darin, das Multimeter wie in der AM1-Position auf mA eingestellt (stellen Sie sicher, dass sich die Kabel in den rechten Buchsen befinden) anzuschließen und in der VM1-Position auf DC V einzustellen.

• Trennen Sie die LED. Messen Sie die Leerlaufspannung. Es besteht keine Notwendigkeit, den Leerlaufstrom zu messen. Es wird Null sein.
• $R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

Es ist schwer zu sagen, warum Sie bei Reihenschaltung nicht viermal 0,96 V erhalten, aber ein Foto kann uns mehr sagen.

Wenn ich mir das Foto ansehe, vermute ich, dass Ihre einzelnen Zellen möglicherweise undicht sind. Wenn die Seiten der Unterlegscheiben oder Münzen nass werden, ist die Zelle teilweise kurzgeschlossen. Um dies zu testen, stellen Sie vier separate Zellen her, die nicht über den Stapel, sondern über Draht verbunden sind.

Wenn eine Batterie an eine Last angeschlossen ist, fällt ihre Ausgangsspannung aufgrund des Innenwiderstands der Batterie etwas ab.

Wenn Sie eine Batterie bauen, können Sie auf vier einfache Arten den Innenwiderstand der Batterie verringern:

1. Machen Sie die Elektroden breiter.

   • Der Widerstand des Elektrolyten wird umgekehrt proportional zum Querschnitt des Elektrolyten sein, durch den der Strom fließt. Im Allgemeinen fließt der größte Teil des Stroms in einer geraden Linie direkt zwischen den Elektroden.
   • Die Geschwindigkeit, mit der chemische Reaktionen auftreten können, ist proportional zur Fläche der Elektroden.
   • Dies entspricht der parallelen Verkabelung mehrerer Batterien.

2. Reduzieren Sie den Abstand zwischen den Elektroden. Der Widerstand des Elektrolyten wird proportional zu der Entfernung sein, die der Strom durch ihn laufen muss.

   • Die Verwendung von dünnerem Karton oder Papiertüchern sollte den Widerstand verringern.

3. Erhöhen Sie die Ionenkonzentration im Elektrolyten. Die Leitfähigkeit ist etwas proportional zur Ionenkonzentration.

   • Zum Beispiel enthält Essig Essigsäure. Die Verwendung einer anderen Essigmarke mit einem höheren Anteil an Essigsäure könnte helfen.
   • Wenn Sie Zitronensäure anstelle von Essig verwenden, können Sie reines Zitronensäurepulver in Ihrem örtlichen Lebensmittelgeschäft kaufen. Es ist normalerweise auf der Backinsel.

4. Verwenden Sie einen Elektrolyten mit höherer Ionenmobilität. Der Widerstand des Elektrolyten wird umgekehrt proportional zur Ionenmobilität sein.

   • Zitronensäure (in Zitronensaft enthalten) und Natriumbicarbonat (Backpulver) ergeben gute Elektrolyte.

Zusätzlich zum Phänomen des Innenwiderstands, das die Batteriespannung unter Last senkt, sollten Sie den Kommentar von @Jasen zu internen Kurzschlüssen genau beachten. Werfen Sie einen Blick auf Batterien in Industriequalität, und Sie werden feststellen, dass einzelne Zellen niemals Elektrolyt gemeinsam nutzen .

Ich schlage vor, Sie versuchen, einen nicht benetzbaren Film (wie Stücke einer Plastiktüte oder einer Bonbonverpackung) zwischen jede Münze aus einer Zelle und die Waschmaschine aus der nächsten Zelle zu legen. Da sie immer noch elektrisch angeschlossen werden müssen, legen Sie einen kleinen Draht über Ihre Isolationsschicht. Dies sollte Ihre Batterieleistung verbessern und die Gesamtspannung zumindest ohne Last näher an die Summe der Spannungen einzelner Zellen bringen.