Dlaczego napięcie szeregowych baterii octu nie jest równe sumie poszczególnych napięć?

Pracuję nad prezentacją w klasie dla moich synów w szkole podstawowej i stworzyłem małe baterie z nowozelandzkimi monetami 10 centów (powlekanych miedzią) oraz podkładkami cynkowymi i tekturą nasączoną octem. Każda pojedyncza komórka mierzy około 0,96 wolta, ale gdy połączę 4 z nich, uzyskuję tylko około 2,6 wolta. Zastanawiam się, czy jest coś, czego nie jestem świadomy w naturze tych baterii, co sprawia, że ​​się nie sumują.

Ponadto, nawet przy 2,6 wolta, takim samym napięciu, jakie wychodzę z pary eneloop AA, dioda LED nie jest wcale bardzo jasna - w porównaniu z podłączeniem jej do eneloop AA, gdzie dioda LED jest dość jasna. Czy to z powodu niskiego natężenia baterii octu? Czy umieszczenie większej liczby w szeregu poprawiłoby sytuację (czy też muszę zrobić drugą i połączyć je równolegle?).

Jestem trochę noob z elektroniką, głównie uczę się tego teraz, ponieważ mój syn jest bardzo zainteresowany, więc dobrze się z nim uczyć.

Dziękuję za wszelkie wskazówki.

Poniżej załączam zdjęcie pokazujące zamierzony produkt końcowy (ściskam górną i dolną część przewodów led, aby zakończyć obwód, jak zwykły przełącznik). Po prawej stronie jest to, czego używam do moich komórek (bez octu i bez cięcia kartonu, aby pasował do monety).

Oprócz pokazania podstawowego wytwarzania energii elektrycznej pokażemy, dlaczego nie wytwarzamy energii elektrycznej na rynku komercyjnym przy użyciu monet i octu NZ!

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Rysunek 1. Każda bateria ma wewnętrzny opór, który powoduje spadek napięcia w miarę wzrostu prądu.

Efektem rezystancji wewnętrznej jest spadek napięcia w miarę wzrostu prądu. Prostą demonstracją tego będzie podłączenie, jak pokazano przy multimetrze ustawionym na mA w pozycji AM1 (upewnij się, że masz przewody w odpowiednich gniazdach) i ustaw na DC V w pozycji VM1.

• Odłącz diodę LED. Zmierz napięcie w obwodzie otwartym. Nie ma potrzeby mierzenia prądu otwartego obwodu. Będzie zero.
• $R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

Trudno powiedzieć, dlaczego nie otrzymujesz czterokrotnie 0,96 V, gdy są połączone szeregowo, ale zdjęcie może nam powiedzieć więcej.

Patrząc na zdjęcie, podejrzewam, że możesz mieć wyciek w poszczególnych komórkach. Jeśli boki myjek lub monet zostaną zamoczone, nastąpi częściowe zwarcie w celi. Aby to przetestować, wykonaj cztery oddzielne komórki połączone drutem zamiast stosu.

Kiedy dowolny akumulator jest podłączony do obciążenia, jego napięcie wyjściowe nieco spadnie z powodu wewnętrznej rezystancji akumulatora.

Jeśli budujesz baterię, możesz zrobić cztery proste rzeczy, aby zmniejszyć rezystancję wewnętrzną baterii:

1. Zwiększ szerokość elektrod.

   • Opór elektrolitu będzie odwrotnie proporcjonalny do przekroju elektrolitu, przez który przepływa prąd. Zasadniczo większość prądu będzie przemieszczać się w linii prostej bezpośrednio między elektrodami.
   • Szybkość zachodzenia reakcji chemicznych jest proporcjonalna do powierzchni elektrod.
   • Jest to równoważne z równoległym podłączeniem wielu akumulatorów.

2. Zmniejszyć odstępy między elektrodami. Rezystancja elektrolitu będzie proporcjonalna do odległości, którą musi pokonać prąd.

   • Używanie cieńszego kartonu lub ręczników papierowych powinno zmniejszyć opór.

3. Zwiększ stężenie jonów w elektrolicie. Przewodnictwo będzie nieco proporcjonalne do stężenia jonów.

   • Na przykład ocet zawiera kwas octowy. Pomocne może być użycie octu innej marki z wyższym procentem kwasu octowego.
   • Jeśli używasz kwasu cytrynowego zamiast octu, możesz kupić czysty proszek kwasu cytrynowego w lokalnym sklepie spożywczym. Zwykle znajduje się na wyspie do pieczenia.

4. Użyj elektrolitu o większej ruchliwości jonów. Rezystancja elektrolitu będzie odwrotnie proporcjonalna do ruchliwości jonów.

   • Kwas cytrynowy (znajdujący się w soku z cytryny) i wodorowęglan sodu (soda oczyszczona) wytwarzają dobre elektrolity.

Oprócz zjawiska rezystancji wewnętrznej, które obniża napięcie akumulatora pod obciążeniem, należy zwrócić szczególną uwagę na komentarz @Jasen na temat wewnętrznych zwarć. Spójrz na akumulatory klasy przemysłowej, a zauważysz, że pojedyncze ogniwa nigdy nie dzielą elektrolitu .

Sugeruję, abyś spróbował umieścić nieprzepuszczalną folię (jak kawałki plastikowej torby lub opakowania z cukierkami) między każdą monetą z jednej komórki a pralką z następnej komórki. Ponieważ nadal potrzebujesz ich do podłączenia elektrycznego, połóż mały drut na warstwie izolacyjnej. To powinno poprawić wydajność baterii i zbliżyć całkowite napięcie do sumy napięć z poszczególnych ogniw, przynajmniej bez obciążenia.