PWS organische batterij



  • Hallo,

    Wij hebben als onderwerp van ons ontwerp-PWS een organische batterij. Ons doel is een batterij met zo veel mogelijk milieuvriendelijk(er) materiaal te maken. Wij hebben al een aantal artikelen over de 'dualcarbon'batterij gelezen, waarbij zowel de kathode als een anode van koolsotof zijn. Verder konden we niet veel vinden over de rest van de inhoud en werking.
    We zouden graag willen weten hoe deze batterij in werking verschilt van een reguliere batterij, om te weten of wij ook koolstof als materiaal zouden kunnen gebruiken voor onze batterij!

    alvast bedankt,
    Asja en Fien
    (fiengeskes@hotmail.com)



  • Beste Asja en Fien,

    Jullie hebben een erg interessant en actueel onderwerp gekozen! Het is inderdaad lastig goede informatie hier over te vinden. Het grootste verschil met een reguliere batterij is volgens mij vooral het materiaal dat gebruikt wordt. In plaatst van elektroden van een metaal, zijn de elektroden van organisch materiaal gemaakt, in dit geval carbon. De werking is verder vrijwel hetzelfde; de elektroden en het elektrolyt wisselen elektronen en protonen uit, waardoor je de opgeslagen energie kan gebruiken. Op de Engelse Wikipedia staat hier ook een kort stukje over.
    Wat voor proefje willen jullie gaan doen? En hebben jullie al bedacht wat je hoofd- en deelvragen zijn?

    Groetjes,
    Tirsa



  • Beste Tirsa,

    Bedankt voor je antwoord! We zijn nu bezig met materialenonderzoek en we overwegen nog steeds carbon te gebruiken als elektrode. Ook zijn we inmiddels verder gegaan met bronnenonderzoek en we zijn nu geinteresseerd in de suikerbatterij. We willen graag nog wat meer over de werking: er worden namelijk enzymen in gebruikt. Hoe komt men aan deze enzymen en hoe gedragen deze zich in een batterij?

    Ons PWS bestaat eigenlijk uit een ontwerpcyclus en daarom hebben wij ook geen deel- of hoofdvragen. Wel is het thema van ons PWS:
    Hoe maak je een batterij van organische onderdelen met een zo groot mogelijke capaciteit die bruikbaar is in het dagelijks leven?
    Met ons uiteindelijke ontwerp (en misschien ook een prototype) willen wij zo een antwoord op deze vraag geven. Onze proef(jes) bestaan dus eigenlijk uit het maken van een batterij en daarmee metingen doen. Het is dus wel van belang dat deze materialen beschikbaar zijn voor ons en veilig om mee te werken. Heb je misschien suggesties voor bruikbare materialen?

    Groetjes,
    Asja en Fien



  • Nog een klein vraagje: In ons theoriestuk vergelijken we een Galvanische cel met een gewone batterij. We komen er niet helemaal uit wat het verschil is tussen een elektrolyt en een separator en welke van de twee een zoutbrug is. Is bij een Galvanische cel de zoutoplossing de elektrolyt? En is de zoutbrug bij een batterij een separator?
    Groetjes!



  • Beste Asja en Fien,

    Enzymen worden meestal geproduceerd met behulp van bacteriën. Op deze pagina staat veel informatie over de werking van enzymen en hoe ze gevormd worden. Voor het exacte proces in de suikerbatterij kan je kijken naar dit artikel. Dit is een wetenschappelijk artikel en misschien dus een beetje te hoog gegrepen om het helemaal te snappen. Maar het is misschien leuk om er even door heen te scannen.

    Een normale batterij bestaat meestal uit meerder galvanische cellen. Een galvanische cel bestaat uit twee halfcellen. Deze worden op zo'n manier gescheiden dat de elektrolyten niet mixen. De halfcellen worden op zo'n manier met elkaar in contact gebracht dat ze ionen kunnen uitwisselen (m.b.v. een seperator). Dit kan met een ion-uitwisselend membraan en dit kan ook met een zoutbrug. Je zoutoplossing is inderdaad je elektrolyt en je seperator kan dus inderdaad een zoutbrug zijn.
    Kijk anders ook eens op deze pagina.

    Hopelijk is het een stukje duidelijker voor jullie. Als jullie nog vragen hebben hoor ik het graag!
    Succes!

    Groetjes,
    Tirsa



  • Beste Tirsa,

    Bedankt voor je antwoord! De werking van deze batterijen is nu in ieder geval een stuk duidelijker voor ons en we hebben een idee van de mogelijkheden.

    Nu is het tijd voor een volgende stap in ons ontwerp-PWS: een experiment! Deze week zijn we van plan een Galvanische cel te bouwen met waterstofperoxide als oxidator (in watten opgelost zodat de batterij niet gaat klotsen) en een alcohol (waarschijnlijk een pasta van zetmeel in water) als reductor. Onze scheikundeleraar vertelde ons dat dit stoffen zijn die wel eens voor stroomopwekking kunnen zorgen. Wij moeten nu dus gaan onderzoeken in welke verhouding, concentratie, vorm, temperatuur, etc. de redoxreactie kan verlopen.
    Onze scheikundeleraar dacht ook dat we zouden kunnen proberen het omhulsel van deze 'batterij' van karton en bakpoeder te maken, en voor de separator een of andere doorlaatbare folie.
    Wij vroegen ons af;
    -Hoe kunnen wij het beste meten of de reactie verloopt? Kan dit met een spanningsmeter?
    -Wat voor soort separator moeten wij bij zo'n reactie gebruiken? Kunnen we hier een stukje folie/papier voor gebruiken met zelfgeprikte gaatjes of moet de separator van hoogwaardiger materiaal zijn?

    Als je nog andere tips/aanmerkingen voor ons experiment hebt horen we het graag!

    Nogmaals veel dank en groetjes,
    Asja en Fien



  • Beste Tirsa,

    Wij hebben twee weken geleden ons experiment gedaan en het is goed gegaan! We hebben een zoutbrug gemaakt volgens de website die je ons gaf, en deze in geplaatst in 2 bekerglaasjes (zoals bij een galvanische cel); 1 met zetmeeloplossing (30g in 100mL water) en 1 met 100 mL waterstofperoxide (35%). de stoffen hier in hebben we via koolstofstaafjes, krokodillenbekjes en stroomdraadjes ook aangesloten op een voltmeter. We kregen hier ongeveer 0,15 Volt uit. Helaas niet genoeg voor een batterij, maar we zijn al blij dat het werkt!

    Tijdens deze proef hebben we ipv waterstofperoxide als oxidator ook borax (wasmiddel) gebruikt. Dit werkte niet heel goed omdat de stof slecht oplosbaar was en al snel ontstonden klontjes. We kregen wel ongeveer 0,15 volt.
    Ook hebben wij gekeken of het aanzuren van zetmeel een hogere spanning zou opleveren. Zodra we zetmeel hadden aangezuurd met 5 mL zoutzuur steeg de spanning met 0,05 Volt. De hoeveelheid zoutzuur leek niet heel veel uit te maken, want meer toevoegen had geen effect.

    We hebben een gesprek met onze scheikundeleraar gehad en hij raadde ons de volgende aanpassingen aan voor het experiment morgen:

    -• de aardappelzetmeelreductor basischer en zouter maken d.m.v. het toevoegen van het basiche zout NaOH (0,1 M ) om elektronen afgave te verhogen.
    • de waterstofperoxideoxidator aanzuren d.m.v. zoutzuur, opgeloste HCl (1 M) (we begrijpen nog niet precies waarom)
    • de zoutbrug bereiden met een hogere concentratie KCl en gedestileerd water i.p.v. kraanwater

    We laten je weten hoe het experiment is gegaan! Heb je nog tips en zou je ons kunnen uitleggen waarom de tweede aanpassing zou kunnen helpen? We horen het graag van je!

    Groetjes,
    Asja en Fien



  • Beste Asja en Fien,

    Is het gelukt met het maken van jullie cel? Je kan inderdaad gewoon met een spanningsmeter meten of de reactie loopt. Als je reactie verloopt worden er elektronen uitgewisseld, en dus stroom opgewekt. Als separator kan je niet een stukje folie of papier gebruiken met gaatjes. Het gaat erom dat er alleen ionen door de separator kunnen. Op deze pagina kan je vinden hoe je een zoutbrug kan maken.
    Ik ben benieuwd hoe alles is gegaan!

    Groetjes,
    Tirsa



  • Beste Asja en Fien,

    Fijn dat jullie proef gelukt is! Wat jullie niet moeten vergeten is dat een batterij uit meerdere galvanische cellen bestaat. Dat jullie cel dus niet genoeg stroom oplevert, is niet heel gek.
    Ik heb eens goed gekeken naar wat er gebeurd als je HCl toevoegt aan waterstofperoxide, maar kan geen goede reden bedenken waarom dit helpt, behalve dat HCl in water wordt gescheiden in H+ en Cl-. Je krijgt dus meer ionen in je oplossing, die gebruikt kunnen worden in de halfreactie. Waar je wel mee moet oppassen, is dat HCl en H2O2 samen ook chloor gas kunnen vrijgeven. Werk dus wel veilig, het liefst in een zuurkast (dat is sowieso een goed idee wanneer je met chemicaliën werkt.)
    Ik zou nog even navragen bij jullie leraar waarom hij de tweede aanpassing voorstelde, want ik kan er niet met zekerheid een antwoord op geven.
    Ik hoor graag hoe jullie experiment verder is gegaan!

    Groetjes,
    Tirsa



  • Beste Tirsa,

    We zijn nu bezig met het afronden van ons PWS en onze proefjes zijn gelukt! Met het aaneenschakelen twee van zelfgemaakte cellen kregen wij ruim een halve volt. We hebben hetzelfde ook binnen een batterij geprobeerd, dus meerdere laagjes in een batterij (zetmeel-zoutbrug-waterstofperoxide-zoutbrug-etc) maar dit werkte niet omdat de stoffen langs de zoutbrug gingen lekken (dit hebben wij aangetoond met jood-oplossing).
    We weten nu ook waarom we de waterstofperoxide moesten aanzuren: het electrodepotentiaal van aangezuurd waterstofperoxide is hoger dan dat van alleen waterstofperoxide en zou dus voor een hoger voltage moeten zorgen.

    Ter uitbreiding van ons stuk over zetmeel als reductor hebben wij iets meer verdiepende theorie nodig, maar die is moeilijk te vinden. Wij willen namelijk graag voorbeelden van primaire en secundaire alcoholen die als reductor werken, maar die zijn bijna niet te vinden! Ook willen wij iets dieper ingaan op de reactie van zetmeel als reductor, en we kunnen niet vinden of dit klopt (we hebben dit geschreven in ons PWS);

    Zetmeel bestaat uit een lange koolstofketen van gebonden oxacyclohexaanringen, meer gebruikelijk is de aanduiding THP: tetrahydropyran. Elke heeft zijn eigen CH2OH-groep. Dit is een koolstofatoom met daaraan twee waterstofatomen en een hydroxygroep, wat ervoor zorgt dat het geheel een alcohol is. Door een base aan zetmeel toe te voegen hergroeperen deze CH2OH-groepen. Een base zorgt ervoor dat een reactie op gang komt, waarbij 2H+ deeltjes vrijkomen. Uit deze reactie met CH2OH-groep van zetmeel ontstaat een koolstofatoom met een waterstofatoom en een dubbelgebonden zuurstofatoom. Een koolstofatoom met een dubbelgebonden zuurstofatoom wordt een keton genoemd. Bij de omzetting van een CH2OH-groep tot een CHO-groep komen twee positief geladen waterstofatomen en twee elektronen vrij. Door de elektronen afgifte is zetmeel instaat als reductor te werken, het levert namelijk energie.
    De bijbehorende reactievergelijking is:

    R-(CH2OH)N → R(CHO) + 2H+ + 2e-

    Hierbij is R de restgroep koolstofatomen, de grootte hiervan kan variëren.
    N hangt af van het aantal R.

    Zou jij ons meer kunnen vertellen over alcoholen als reductor, en vooral over zetmeel als reductor?
    Heel erg bedankt!

    Groetjes,
    Asja en Fien



  • Beste Asja en Fien,

    Weten jullie zeker dat de zetmeeloplossing de reductor, en de waterstofperoxide oplossing als oxidator wordt gebruikt in jullie batterij? De reductor is de -pool en de oxidator de +pool. Hebben jullie de reductorcel op de -pool van de voltmeter aangesloten? En als dit het geval is, geeft de voltmeter dan een positieve waarde?

    Ik ben namelijk nog eens goed gaan kijken naar de reactie, maar zetmeel is geen reductor. Bij suiker polymeren worden reductoren ook wel reducerende suikers genoemd. Er bestaan verschillende suiker polymeren, zoals zetmeel, glucose siroop en maltodextrine. Met het 'Dextrose Equivalent' wordt aangegeven hoeveel reducerende suikers er in zo'n suiker polymeer zitten. Bij een reducerend suiker is de suiker niet meer cyclisch, maar aan 1 kant open, waardoor er een aldehyde groep ontstaat. Zetmeel heeft een Dextrose Equivalent van ongeveer 0, wat betekent dat deze niet als reductor fungeert.

    Waterstofperoxide kan zowel als reductor als oxidator fungeren. Het kan dus heel goed zijn dat jullie reactie 'andersom' loopt, en de zetmeeloplossing de oxidator is en de waterstofperoxide oplossing de reductor.

    Ik heb een artikel bijgevoegd over de kinetiek van zetmeel als oxidator. Dit is wel weer een wetenschappelijk artikel, dus wat ingewikkeld, maar misschien kunnen jullie er wat dingen uithalen. Verder zou ik ook deze Wikipedia pagina lezen en even goed met jullie leraar overleggen.

    Veel succes!

    Groetjes,
    Tirsa


Aanmelden om te reageren
 

Het lijkt erop dat je verbinding naar Forum verloren is gegaan, wacht even terwijl we de verbinding proberen te herstellen.