ZACplus Citizen-Science workshop vom 10.05. bis 11.05.2024

Ort: OpenEcoLab Rahden

Teilnehmer: 3

Bei diesem workshop ging es u.a. auch darum, das neue Format im kleinen Rahmen auszuprobieren und technische Aspekte wie Video-Mitschnitt und Online-Live-Übertragung zu testen. Dabei wurden zwei Kathodentester-Zellkammer gebaut. Eine davon war für die Präsentation auf der Makerfaire Minden 2024 vorgesehen und mit der anderen wurde eine Messreihe zur Darstellung der Degradation durchgeführt. Ausserdem wurden mit dem Recycler zwei Messreihen zur Bestimmung der regenerierten Zinkmenge durchgeführt.

Hardware

- Erstellung von gelaserten Plexiglas-Elementen für die Kathodentester-Zellkammer.

- Verkleben der Elemente mit Acrifix-Plexiglaskleber

- Erstellen von neuen Messkabeln mit geringerer Länge, größerem Adern-Querschnitt und Labor-Büschelsteckern zwecks Verringerung des Kabelwiderstandes. Bei den vorher verwendeten sehr dünnen und langen Messkabeln wirkte sich der größere Widerstand in einer Verzerrung der Nessergebnisse aus.

Experiment 10.05.2024-1

Einführung: Bislang zeigte der Kathodentester in Abhängigkeit von der Last bzw. dem Verbraucher nach einigen Stunden oder ein, zwei Tagen einen starken Rückgang der Leistung, spätestens wenn die Zinkplatte völlig verbraucht war, aber in einigen Fällen auch schon vorher, was dadurch begründet sein könnte, dass die Zelle aufgrund einer fehlenden Elektrolyt-Zirkulation bzw. einer fortlaufenden Versorgung mit frischem Elektrolyt einen beschleunigten Alterungsprozess durchläuft. Das kann mehrere Ursachen haben, wie zB. eine Verstopfung der GDL-Poren mit dem sich bildenden ZnO.

Methoden / Setup: Um diesen Alterungsprozess besonders deutlich sichtbar zu machen wurde hier kein Lastwiderstand als Verbraucher eingesetzt, welcher je nach Größe die Leistungsabgabe der Zelle mehr oder weniger stark einstellt, sondern es wurde direkt der Kurzschlussstrom gemessen, d.h. bei R_last = 0 ist der fliessende Strom maximal und ebenso auch der Alterungsprozess.

Desweiteren wurde dabei nach jeweils ca. 1 h der Elektrolyt aus der Zelle ab-pipettiert und gegen frischen Elektrolyt getauscht.

- Messung der Leerlauf-Spannung der Kathodentester-Zelle:

- Messung des Kurzschluss-Stroms der Kathodentester-Zelle über einen längeren Zeitraum:

Ergebnisse:

Die Leerlauf-Spannung betrug nach einer Einpendlungsphase 1,34 V und fiel dann im Verlauf leicht ab. Nach jeder Elektrolytzugabe wiederholte sich dies. Der Stromfluss betrug eingangs ungefähr 1300 mA und fiel dann relativ schnell, d.h. im Verlauf von ein bis zwei Stunden auf rund 500 mA. Auch dieses Schema wiederholte sich nach jeder Elektrolytzugabe.

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Diskussion: Im Gegensatz zu früheren Messungen mit einem Verbraucher oder einem begrenzenden Lastwiderstand vollzog sich der Niedergang unter Kurzschluss-Bedingungen sehr schnell binnen ein bis zwei Stunden. Genau so etwas würde man auch von jeder anderen Batterie erwarten die man kurzschliesst, allerdings handelt es sich hierbei nicht um eine völlige Entladung da die Zinkplatte ja zumindest in der Anfangsphase noch völlig intakt war, sondern um eine beschleunigte Alterung, die etwas mit dem Zustand des Elektrolyten zu tun haben muss, da sie ja nach jeder Erneuerung zunächst reversibel war. Das unterstützt die Vermutung dass der beobachtete Effekt auf die zunehmende ZnO-Konzentration im Elektrolyten zurückzuführen ist.

Ausblick: In einer Zelle mit fortlaufender Zuführung von frischem Elektrolyt bzw. einer Zirkulation müssten deutlich längere Laufzeiten erreicht werden können. Dies wird in einem der nächsten Experimente mit einer entsprechend angepassten Zelle vom Typ "Prototyp1B" untersucht werden.

Experiment 10.05.2024-2

- Messung der Gewichtszunahme an Zink (Zn) welches aus Zinkoxid (ZnO) im Recycler über mehrere Stunden, Spannung: 2,4V.

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- Messung der Gewichtszunahme an Zink (Zn) welches aus Zinkoxid (ZnO) im Recycler über mehrere Stunden, Spannung: 4,2V.

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