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Übersetzt
Groves Gasbatterie
Jede Zelle vor dieser trug ihren eigenen Brennstoff mit sich. Voltas Säule fraß ihre Zinkscheiben; Daniells Zelle fraß einen Zinkstab und eine Kupfersulfatlösung. War das Metall verbraucht, war die Zelle verbraucht, und der einzige Weg zu mehr Energie war eine größere Zelle.
1839 berichtete William Robert Grove, ein Anwalt, der in seiner Freizeit Physik betrieb, im Philosophical Magazine etwas anderes. Er tauchte zwei Platinstreifen zur Hälfte in verdünnte Schwefelsäure und schloss die obere Hälfte des einen in Wasserstoff, die des anderen in Sauerstoff ein. Die Zelle lieferte etwa ein Volt, ganz ohne verbrauchbares Metall: Das Platin blieb unberührt, verbraucht wurde das Gas. Fünfzig davon stapelte er zu dem, was er eine galvanische Gasbatterie nannte, und zerlegte damit Wasser – die Reaktion lief rückwärts mit sich selbst.
Das ist die ganze Idee der Brennstoffzelle, und sie kam hundertzwanzig Jahre zu früh. Der Grund steht im dritten Schritt: Die Reaktion läuft nur entlang der Linie, an der Gas, Flüssigkeit und Katalysator zusammentreffen, und auf einem glatten Platindraht ist diese Linie verschwindend kurz. Groves Zellen lieferten gute Spannung und fast keinen Strom. Alles Spätere – Platinmohr, die porösen Platten von Mond und Langer, Bacons Nickelelektroden unter Druck, der moderne Membranstapel – ist ein Angriff auf dieses eine geometrische Problem.
Grove hat es nie patentiert. Er veröffentlichte es in einem Brief und wandte sich dem Streit um die Energieerhaltung zu.
Fortgeschritten
45 Minuten
Anweisungen
1
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Die beiden Gas-Halbzellen bauen
Die beiden Gas-Halbzellen bauen
Füllen Sie ein 250-ml-Becherglas zur Hälfte mit 1 M Schwefelsäure (55 ml 50-prozentige Säure auf 500 ml verdünnen, Säure INS Wasser, Schutzbrille und Handschuhe an).
Füllen Sie zwei Reagenzgläser mit derselben Säure, stülpen Sie sie ohne Lufteinschluss in das Becherglas und klemmen Sie sie mit der Öffnung nach unten fest. Führen Sie in jedes Rohr einen Platindraht, dessen unteres Ende in der Flüssigkeit bleibt und dessen oberes Ende im leeren Kopf des Rohrs sitzt.
Materialien für diesen Schritt:
Sulfuric Acid - 50%60 ml
Platinum Wire2 Stück
Distilled Water (Lab Grade)500 mlBenötigte Werkzeuge:
Borosilicate Beaker
Test Tube Set
Lab Safety Goggles (Chemical Splash)
Chemical-Resistant Gloves
Lab Stand & Clamp Set2
2
Mit dem eigenen Gas laden, dann ablesen
Mit dem eigenen Gas laden, dann ablesen
Verbinden Sie die beiden Platindrähte 60 Sekunden lang mit einer 3-V-Quelle. Oben in den Rohren sammelt sich Gas: Wasserstoff am negativen Draht, Sauerstoff am positiven, etwa doppelt so viel Wasserstoff.
Trennen Sie die Quelle und legen Sie das Multimeter direkt an dieselben zwei Drähte. Lesen Sie die Leerlaufspannung fünf Minuten lang alle 30 s ab und notieren Sie sie. Belasten Sie dann mit 1 kOhm und lesen Sie erneut: Der Strom ist diese Spannung geteilt durch 1000.
Benötigte Werkzeuge:
Adjustable Bench Power Supply
Digital Multimeter - Lab Grade
Alligator Clip Test Leads
1/4W Resistor Kit
Stopwatch3
3
Herausfinden, was sie drosselt
Herausfinden, was sie drosselt
Ihre Zelle hält eine ordentliche Spannung und liefert einen jämmerlichen Strom. Genau das war Groves Ergebnis, und es hat vier mögliche Ursachen. Prüfen Sie sie in dieser Reihenfolge – jeder Test ändert eine Sache, und die Antwort benennt den Engpass.
Flow
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Benötigte Werkzeuge:
Digital Multimeter - Lab Grade4
4
Das Volt, das man nicht überschreiten kann
Das Volt, das man nicht überschreiten kann
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Benötigte Werkzeuge:
Desktop Computer5
5
Geschichte und Zusammenhang
Geschichte und Zusammenhang
Was Grove veröffentlichte (1839, Philosophical Magazine Ser. 3 Bd. 14): zwei Platinelektroden, verdünnte Schwefelsäure, Wasserstoff über der einen und Sauerstoff über der anderen, etwa ein Volt pro Zelle, fünfzig in Reihe. Ein Patent wurde nie angemeldet. Der Name Brennstoffzelle stammt nicht von ihm – Ludwig Mond und Carl Langer prägten ihn 1889 für eine Bauform mit porösen Platten und einer Matrix, die den Elektrolyten hält.
Moderne Bauspezifikation (abgeleitet, nicht Groves): 1 M Schwefelsäure statt seiner nicht genannten Stärke, Platindraht statt Streifen, ein Labornetzteil statt einer zweiten Batterie zur Gaserzeugung. Die Chemie bleibt gleich.
Warum es warten musste: Platin war der einzige brauchbare Katalysator, und die Reaktion läuft nur dort, wo Gas, Säure und Metall einander berühren. Francis Bacon ersetzte von 1932 bis 1959 das Platin durch poröses Nickel unter Druck und erreichte 5 kW; diese Maschine, nicht Groves, ist der Vorfahr der Zellen, die mit Apollo flogen. Ehrlich gelesen hat Grove ein Prinzip bewiesen und die Technik ein Jahrhundert lang offengelassen.
Materialien
3- Sulfuric Acid - 50%10% Provision60 mlPlatzhalter
- Platinum Wire100% Provision2 StückPlatzhalter
- Distilled Water (Lab Grade)10% Provision500 mlPlatzhalter
Benötigte Werkzeuge
11- Borosilicate Beaker10% ProvisionPlatzhalter
- Test Tube Set10% ProvisionPlatzhalter
- Lab Safety Goggles (Chemical Splash)10% ProvisionPlatzhalter
- Chemical-Resistant Gloves10% ProvisionPlatzhalter
- Lab Stand & Clamp Set10% ProvisionPlatzhalter
- Platzhalter
- Digital Multimeter - Lab Grade10% ProvisionPlatzhalter
- Alligator Clip Test Leads10% ProvisionPlatzhalter
- 1/4W Resistor Kit10% ProvisionPlatzhalter
- Desktop Computer100% ProvisionPlatzhalter
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