ZAC-Prototyp

Die genaue Ausgestaltung des Prototyps der Zn/O-Brennstoffzelle ist Gegenstand einer ausführlichen Entwicklung, in deren Rahmen verschiedene Entwürfe und Designs vorgestellt und optimiert werden müssen.

Prototyp 1.

Features:

• Stackable (==> erweiterbar auf 12V)
• Elekrolyt-Flow
• Air-Flow
• Zinc-feed in Form von Zinkplatten, (durch Schwerkraft, keine beweglichen Hopper-Teile)
• Gaskathode auswechselbar

Design-Aspekte:

Elektrolyt-Flow:

Der Elektrolyt sollte einen möglichst kurzen Weg nehmen, d.h. ein Großteil der Elektrolytflüssigkeit soll direkt nach Gebrauch von der Zelle "gereinigt" werden und gleich dem System wieder zugeführt werden. Dazu macht man sich den Effekt zunutze, das Zinkoxid-Molkeüle schwerer sind als Wasser-Moleküle. Die rückzuführende Elektrolyt-Menge sollte daher im oberen Bereich der Kammer entnommen werden.

Dichtungen:

• Die Gaskathode wird mit EPDM-Kleber in eine eigenständiges Modul geklebt und damit gleichzeitig zum Luftraum hin abgedichtet.

• Etwaige Kammer-Flachdichtungen entfallen aufgrund der Konstruktion: Die KOH-Lösung befindet sich in einer wannenförmigen Kammer, in welche widerum die Kathoden- und Anoden-Module eingehängt werden können (und damit auch leicht auswechselbar sind).

Integration Separator und Anode

• jeweils eigener Modul-Rahmen. Bei der Gaskathode auch mit Anschlussmöglichkeiten für kontrollierte Luftzufuhr.

Befestigung Separator und Gaskathode

• Separator befindet sich als sehr grobmaschiger Käfig um die Anode

Anode tafelförmig

• sollte idealerweise mit möglichst wenigen Partikelrückständen "verbrannt" bzw. oxidiert werden, Elektronen können aber nach beiden Obeflächenseiten abgegeben werden, daher wird in einer Zellenkammer gegenüber beiden Seiten jeweils eine Kathode positioniert.

Dimensionierung

• Vorgegeben durch Kathodengröße. Bei Prototyp 1 beträgt diese 50x100mmm. Bei nachfolgenden Versionen sollte diese etwa 20 x 10cm betragen, da Kathoden als Rollenware produziert werden mit 10cm Breite. Größere Länge wäre demnach jedoch möglich, also etwa 30 x 10cm, vielleicht für spätere Prototypen.

Das Gaskathoden-Modul

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  Die Gaskathode wird in den Falz eingebettet und der damit eingeschlossenen Luftkammer wird über Kanäle Luft zu- und abgeführt.

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  Abmessungen

Modularer Aufbau

• Gaskathoden-Modul: Trennt das Innere der Zelle durch die Gaskathode von der Umgebungungsluft, welche sich als Luftkammer hinter Kathode befindet und durch einen Lufteinlass und einen Luftauslass mit frischer Luft bzw. Sauerstoff durchspült werden kann.

• Zinkanoden-Modul: Leichtes Gitter welches die Zink-Platte in optimaler Höhe gegenüber den Gaskathoden festhält.

• Kammer-Modul: Im oberen Teil der Kammer können zwei Gaskathodenmodule eingehängt werden und mittig dazwischen die Zink-Anode. Im unteren Teil wird Zinkoxid- und Zinkreste-Schlamm ("Slurry") gesammelt und durch eine schräge Ebene/Rutsche zum Ausgang befördert. Das dafür benötigte Emscherbrunnen-Modul kann hier als Einsatz eingeschoben werden.

• Emscherbrunnen-Modul: Bewirkt eine Trennung der Zinkoxid-Partikel vom leichteren Elektrolyt

• Verbindungsstücke: Verbinden die Kammer über einen kurzen Schlauch mit dem Klärstufen-modul

• Klärstufen-Modul: Eine Kaskade von vier hintereinandergeschalteten Absetzbecken .

• Peristaltik-Pumpe: Befördert den Elektryolyten aus der letzten Klärstufe in den Hochtank

• Hochtank: Pufferspeicher für Elektrolyt; ist galvanisch vom rest der Zelle entkoppelt.

Freecad-Datei: [1]

Die Schlauchpumpe

In Englisch: "Peristaltic Pump".

Eine Schlauchpumpe ist etwas, das sich hervorragend mit einem 3D-Drucker selber machen lässt, was ausser der Kostenersparnis auch den Vorteil bietet, das man sie sich in Bezug auf die Leistung genau dem eigenen Bedarf entsprechend dimensionieren kann. Viele Modelle zum selber drucken gibts auf Thingiverse, siehe [2].

Besonders gut gefällt mir dieses Modell: [3]

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  3D-gedruckte peristaltic-Pumpe (credits to RichRap on thingiverse.com).

Links

Referenz	Beschreibung
[4]	3D-gedruckte mikrobielle Brennstoffzelle, mit ausführlicher DIY-Anleitung