为什么醋电池串联的电压不等于各个电压之和?

电器工程 引领 电池化学
2022-01-14 21:25:29

我正在为我儿子的小学班级进行课堂演示/动手操作,我用新西兰 10 美分(镀铜)硬币、锌垫圈和浸过醋的纸板制作了一些小电池。每个单独的电池测量约 0.96 伏,但当我将其中的 4 个放在一起时,我只得到约 2.6 伏。我想知道是否有一些我不知道这些电池的性质使它们无法加起来的东西。

此外,即使在 2.6 伏,与我从一对 eneloop AA 中取出的电压相同,LED 也不是很亮——与将它连接到 eneloop AA 相比,LED 非常亮。这是因为醋电池的安培数低吗?将更多的串联会使它变得更好(或者我需要制作第二个并将它们并联连接吗?)。

我对电子产品有点菜鸟,现在主要是学习电子产品,因为我儿子很感兴趣,所以和他一起学习很有趣。

感谢您的任何提示。

我在下面附上了一张图片,显示了预期的最终产品(我挤压了 LED 电线的顶部和底部以完成电路,作为一个简单的开关)。右边是我用于细胞的东西(减去醋,并且没有切割纸板以适合硬币。)

4 个电池封装在电工胶带中,采用 LED 和单电池结构

3个回答

除了展示一些基本的发电,您还将展示为什么我们不使用新西兰硬币和醋来发电!

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

图 1. 每个电池都有一个内部电阻,随着电流的增加,它会导致电压下降。

内阻的作用是随着电流的增加导致电压下降。一个简单的演示是在 AM1 位置时将万用表设置为 mA(确保您的导线在正确的插座中)并在 VM1 位置设置为 DC V,如图所示进行连接。

  • 断开 LED。测量开路电压。无需测量开路电流。它将为零。
  • 重新连接 LED。测量电流和电压。使用此信息,您应该能够计算电池的总内阻。\$R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I} \$。

很难说为什么串联时没有得到四倍的 0.96 V,但一张照片可能会告诉我们更多信息。


看着照片,我怀疑你的单个细胞可能有一些泄漏。如果垫圈或硬币的侧面被弄湿,电池就会部分短路。为了测试这一点,让四个单独的电池通过电线而不是堆栈连接。

当任何电池连接到负载时,由于电池的内阻,其输出电压会下降一点。

如果您正在构建电池,那么您可以做四件简单的事情来降低电池的内阻:

  1. 使电极更宽。

    • 电解质的电阻将与电流通过的电解质横截面成反比。通常,大部分电流将在电极之间直接沿直线传播。
    • 化学反应发生的速率与电极的面积成正比。
    • 这相当于将多个电池并联。
  2. 减小电极之间的间距。电解质的电阻将与电流必须通过它的距离成正比。

    • 使用较薄的纸板或使用纸巾应减少阻力。
  3. 增加电解液中的离子浓度。电导率在某种程度上与离子浓度成正比。

    • 例如,醋含有乙酸。使用醋酸含量较高的另一种品牌的醋可能会有所帮助。
    • 如果您使用柠檬酸而不是醋,您可以从当地杂货店购买纯柠檬酸粉。它通常在烘烤岛上。
  4. 使用具有较高离子迁移率的电解质。电解质的电阻将与离子迁移率成反比。

    • 柠檬酸(存在于柠檬汁中)和碳酸氢钠(小苏打)都是很好的电解质。

除了在负载下降低电池电压的内阻现象外,您还应密切注意@Jasen 关于内部短路的评论。看看工业级电池,你会发现单个电池从不共用电解液

我建议您尝试在一个单元的每个硬币和下一个单元的洗衣机之间放置一层不可润湿的薄膜(如塑料袋或糖果包装的碎片)。由于您仍然需要将它们进行电气连接,因此请在绝缘层上放置一根小电线。这应该会提高您的电池输出,并使总电压更接近单个电池的电压总和,至少在没有负载的情况下。