ZAC+ Kathodentester-Zelle

Ein kleiner Kathodentester als Versuchsaufbau einer ZAC+ Zelle (Zink-Luft-Brennstoffzelle)

Difficulté

Medium Moyen

Durée

1 day(s) jour(s)

Catégories

Énergie, Science & Biologie

Coût

50 EUR (€)

Zink, Luft, Air, Zelle, Brennstoffzelle, Zinc, Energy, Storage, Testing ZAC+_Kathodentester-Zelle_photo_2019-02-08_04-39-39.jpg en none Creation 0

Introduction

Diese Version ist eine neue Ausführung des bereits von Open Source Ecology Germany entwickelten Prototypen. Er dient als Grundlage für weitere wissenschaftliche Arbeiten.

Der Kathodentester ist ein Teilprojekt der Zn/O-Brennstoffzelle. Mit diesem Kathodentester können die Entwickler kostengünstig Gaskathoden testen. Er ist einfach zu bauen und kann als eine einheitliche Testumgebung für quantitative Vergleiche benutzt werden.

Der Kathodentester ist einfacher gebaut als eine gewöhnliche Zn/O-Brennstoffzelle. Er ist eine Kammer ohne automatische Zuführungen und Ableitungen für Zink und Elektrolyt. Stattdessen werden Zink und Elektrolyt manuell von oben befüllt.

Getestet werden sollen damit vor allem:

• Gaskathoden, sowohl aus eigener Herstellung als auch kommerzielle Versionen

• Anoden, z.B. einfache Zinkplatte, oder poröse Platte aus verpresstem Zinkpulver

• Dichtungen, z.B. Flachdichtung aus EPDM

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Matériaux

• Zink
• Gehäuse
• Abdichtung
• MOC Gaskathode
• Dichtungskleber
• Paketband & blaues Masking-Tape
• Maschinenschrauben + Muttern + Unterlegscheiben
• Pappe (Messeschild z.B.)
• (unvollständig)

Outils

• (Lasercutter - oder beim Hobbyhimmel fertigen)
• Cutter
• Winkelschleifer
• Messleiste
• Stift
• Schere
• (unvollständig)

Open Workshop Setup/de

https://github.com/case06/ZACplus

https://wiki.opensourceecology.de/Kathodentester

Étape 1 - Gehäuse vorbereiten

Fertige alle Kammerteile selbst mit einem Lasercutter oder beim Hobbyhimmel.

Schönheitsfehler: Erstellt man die Verklebungen, entstehen beim Trocknen und zusammenpressen mittels Schrauben u. Muttern leichte Haarrisse, die jedoch keine weiteren Probleme verursachen. Man kann das vermeiden oder minimieren, indem man die Platten mit vier kleinen Bolzen zur Deckung bringt und dann mittels Zulagen und Zwingen den Anpressdruck erzeugt.

Étape 2 - Gummidichtung erstellen

Messe die Gummidichtung und passe sie ein in einem Stück.

Schneide außerdem die Zink-Anode zu.

Die eingeritzten Zahlen beinhalten das Gewicht. Damit kann man hinterher die Menge an umgesetzten Zink bestimmen.

Étape 3 - Gaskathode einpassen

Ausgangssituation: Die Gasdiffusionselektrode (Gas-Diffusion-Layer, GDL) wurde passgenau zugeschnitten und soll nun in den Falz eingebettet werden.

• Als Kleber verwenden wir M2. Es ist ein EPDM-Kleber, der z.B. zum flicken von neopren-Taucheranzügen verwendet wird. Er hat Nachteile (es bilden sich mitunter Blasen beim Kleben) und Vorteile (gute Klebeeigenschaften mit mutmaßliche hoher Dichtigkeit). Vielleicht gibt es noch bessere Kleber, aber den M2 habe wir sonst schon verwendet und es ging damit. Er ist also erprobt.
• blaues Masking-Tape, um zu verhindern, dass beim Klebevorgang die aktive Fläche (von etwa 8 x 4 cm) verschmiert wird. Trage den Kleber wirklich fett auf und bette die GDL darin ein, denn immerhin gehts hier nicht nur um eine mechanische Befestigung, sondern vor allem auch um eine Abdichtung.
• Gleiches gilt für die Rückseite. Plaziere das Blue-tape sollte möglicht milimetergenau. Darum hab ich es vorher entsprechend mit Hilfslinien markiert.
• ein exakt angepastes Holzklötzchen sorg für einen hohen und gleichmäßigen Anpressdruck beim kleben.

Étape 4 - Gaskathode einkleben

• Zunächst trage den Kleber in den Falz dick auf. Anschliessend muss er ca. 5 Minuten ablüften. Während dieser Zeit appliziere nochmal zwei weitere Schichten, um ein dickes Dichtungsbett zu bekommen.
• Ebenfalls trage Kleber am Rande der GDL. Versuche dabei zwischen dem Rand und dem Bluetape noch etwas Abstand zu lassen, weil der Kleber beim AnpressTen noch breit gedrückt wird und damit sich das Bluetape später ablösen lässt, möglichst ohne den Kleber mit runter zu reißen.
• Nun lege die GDL ein und drücke das ganze mit dem Holzklotz fest an. Entscheidend ist hier nicht die Dauer, sondern der Anpressdruck.
• Nun trage noch mehr Kleber in dem Falz *auf* der GDL auf. Wie einen Wulst, um die Dichtigkeit zu erhöhen.
• Überprüfe von der Rückseite. Der Kleber hat sich gut und relativ gleichmässig verteilt (==> Dichtigkeit). Die paar weissen Stellen am Rand stören nicht weiter.

Étape 5 - Gaskathode abschließen

• Lupfe schon mal vorsorglich eine kleine Ecke vom Bluetape an. So kannst du anschliessend es gut abziehen.
• Dann trage von der Ausseinseite im Falz und auch auf der GDL einen Wulst aus Kleber auf. Dieser muss zunächst auch ein paar Minuten anziehen. Derweil kann es zur Bildung von Blasen kommen, welche man mit einer Nadel oder einem Cuttermesser anstechen kann. An solchen Stellen trage nochmal etwas Kleber auf.
• Ziehe Bluetape ab solange der Kleber noch frisch ist, um ein aussreissen bzw. mitabreissen des Klebers zu verhindern.
• Entferne das Bluetape auf der Innenseite. Anschließend muss der Kleber noch eine Weile trocknen.

Étape 6 - Separator

In der Zwischenzeit erstellen wir einen Separator aus Plastik, der jedweden direkten Kontakt (bzw. Kurzschluss) zwischen Zinkanode und GDL wirksam verhindert.

Ausstellerausweise von der Makerfaire sind dafür gut geeignet :)

1. zunächst die Aussenkontur ausschneiden mittels Schere.
2. Dann das "Apertur"-fenster, mittels Cutter
3. Der Separator wird nun eingelegt und scheint perfekt zu passen.
4. Nochmal mit beiden Seiten zugeklappt testen

Étape 7 - Zusammenbau

• Alles zurechtlegen und zusammenschichten
• EPDM-Dichtung nicht zu vergessen. Aber damit ist dann der Schichtaufbau des Sandwichs auch komplett.
• Von vorne Schrauben mit Unterlegscheiben druch die Löcher stecken ...
• und von hinten Muttern draufsetzen - leider ohne Unterlegcscheibe weil Schraube nicht lang genug, aber es geht auch so.

längere Schrauben

• Jetzt mit M2 den Dichtungsspalt zukleben
• Und wieder einige Minuten ablüften lassen.

Étape 8 - Finale

• Noch einmal alle Stellen von außen überprüfen
• Und noch mal zusätzlich mit Tape abdichten/Schonkanten kleben

Als Tape hat sich braunes Paketband bewährt ... d.h., es ist ein Sauzeug wenn man es später "abknibbeln" muss um die Zelle wiederverwenden zu können.

Fertig ist der Kathodentester, ready to run.

Wichtiger Hinweis:

Es gibt keine Garantie, dass es hinterher tatsächlich tausendprozentig dicht ist (deshalb immer das Experiment in einer Plastikwanne o.ä. durchführen), aber damit lässt sich der Elektrolytaustritt durch irgendwelche Leckagen zumindest weitestgehend unterbinden.

Im nächsten Tutorial geht es dann um das Messinterface, mehr dazu siehe im Wiki von OSE Germany. https://wiki.opensourceecology.de/Zinc-Air_Cell_Meter_%28ZACmeter%29

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