100+ KATSET KEEMIAS - õppevideod | English |

+ELEKTROKEEMIA-

Siit lehelt leiad õppevideosid elektrokeemiliste protsesside kohta.

Kodune sitapatarei = tasuta energia

Miks me peame peale maksma kanalisatsiooni või septiku tühjendamise eest, kuigi võiks hoopis seda kütusena kasutada? Samuti sobib kütuseks muda, muld, toidujäätmed jne. Veelgi enam, pole kuigi keeruline reoveest otse elektrit toota. Ehkki pole teada tehislikku katalüsaatorit, mis suudaks näiteks tselluloosi otse elektriks muundada, oskavad bakterid seda teha.
Sellist asjandust nimetatakse mikroobne kütuseelement ehk maakeeli sitapatarei. Kütuseks valiti rammusam muda, millele lisati pool Tartu veepuhastusjaamast saadud aktiivmuda (sitta, sõnnikut, toidujäätmeid, vms.). Sobiv bakteriaalne koostis moodustub ise 1-8 nädala jooksul, kusjuures värske suvine muda hakkab oluliselt kiiremini tööle kui talvine külmunud muda. Et sitapatarei anum on kinnine ja seal on vaid mõned pisikesed õhuaugud, siis mingit lõhna tegelikult tunda ei ole (kokkuvõttes umbes sama kraam nagu lillepoti muld) ning võib vabalt suvilas öölambi patareidena kasutada. Vaata videost (Microbial fuel cell – DIY Elbonian style), kuidas ise sitapatareid valmistada.

Kuidas elekter ikkagi tekib?

Tüüpiline maksimaalne sitapatarei elemendi pinge on 800-920 mV. Elektri tootmisse võivad panustada paljud erinevad bakterikultuurid, seetõttu on ka erinevaid reaktsioonimehhanisme. Näiteks Escherichia coli võib eraldada läbi rakumembraani ühendeid, mis anoodil oksüdeeruvad. Shewanella putrefaciens ja Geobacter sulferreducens võivad otse kinnituda süsinikule ja anda ära elektrone. Sitapatarei (microbial fuel cell) vajab toimimiseks kahte süsinikelektroodi, millest üks asetatakse muda põhja (anood) ja teine muda peale (katood). Videos näidatud nanopoorsete Elboonia tüüpi süsinikelektroodide valmistamise tehnoloogia on leiutatud Eestis. Õhk pääseb ülemisele elektroodile, kus hapnik redutseerub. Allpool on hapnikuvaba keskkond ja seal toimetavad bakterid, kes annavad otse või vaheühendite kaudu anoodile elektrone.

Ligikaudne elektri tootmise võttand on järgmine:
katoodil: O2 + 4 H+ + 4 e− = 2 H2O
anoodil (kus (CH2O)n on süsivesinik): (CH2O)n + n H2O − 4n e− = n CO2↑ + 4n H+

Ehkki võimsused pole just üleliia suured, töötab üks selline sitapatarei element kuni aasta järjest ilma sinna midagi juurde lisamata. Siis võib kütust lisada ja jälle aasta hooletu. Näiteks paari elemendiga saab LED valgusti. See on huvitav bioloogia/füüsika teaduseksperiment, kus jäätmetest toodetakse energiat. Loomulikult annavad spetsiaalse membraani ja valitud kütusega (näit. tärklis - kartulijäätmed) elemendid kõrgemaid võimsustihedusi kui videos toodud kõige lihtsama ehituse ja odavama kütusega sitapatareid.

Euroopa loodusteaduste olümpiaad

Videos näidatud sitapatarei elemente ja videojuhendit kasutati Euroopa loodusteaduste olümpiaadil (Tartu 7-13 Mai 2016), kus 142 õpilast 23-st riigist mõõtsid ja arvutasid elementide võimsust ja analüüsisid, mis bakter seal tegutseb. Veel analüüsisid õpilased lehmapiima koostist ja konstrueerisid 3 V patarei LED-lambi jaoks. Lõpetuseks ehitati veefiltri söest, sokolaadipaberist ja Torusiilist alumiinium-õhk patarei, millega sõideti mudelautodega võidu 5 m distantsil. Ülipõneva võidusõitu võitis viimase katsega Bulgaaria A tiim ajaga 4,31 sekundit, jättes seljataha Rumeenia A (5,01 sek) ja Rootsi B (5,03 sek) tiimid.

Vooluallikad: superkondensaatorid, patareid, akud ja kütuseelemendid

Mismoodi töötavad erinevad elektrokeemilised energiasalvestid, kuidas neid ise valmistada? Milline on tuleviku sõiduauto energiaallikas - aku, kütuseelement või superkondensaator? Siit saab alla laadida ppt ettekande "Uued elektrienergia salvestamise tehnoloogiad", kus selgitatakse energiaallikate tööpõhimõtteid ja tulevikus perspektiivseid tehnoloogiad. Alljärgnevates videoklippides selguvad vastused järgnevatele küsimustele: Mismoodi töötab PEM kütuseelement, mis selle sees on? Kuidas kütuseelementide abil pöörduvalt salvestada tuule- ja päikeseenergiat? Milline on lihtsaim võimalik isetehtav patarei - sidrunipatarei? Sitapatarei - kas tõesti saab sitast elektrit? Kuidas valmistada koduste vahenditega suurema võimsusega patareid? Mis on Li-ioon aku sees ja mis on liitiumpatarei sees? Kuidas teha koduste vahenditega superkondensaator? Mismoodi Chemicumis superkondensaatoreid arendatakse?

Elektrokeemiline süntees, poleerimine ja metallide sadestamine

Elektrokeemiliselt sadestatud nikkel on laialtlevinud. Samuti kasutatakse elektrokeemiat metallide poleerimiseks, näiteks alumiiniumi ja roostevaba raua. Elektri abil saab veest vesinikku ja hapnikku, valmistatakse alumiiniumi ja leelismetalle, samuti kaaliumkloraati-KClO3, mida leidub tikkudes ja pürotehnilistes segudes. Metallide pingerea K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Pt Au alusel saab järeldada, millised metallid tõrjuvad hapetest vesiniku välja ja eespool asetsevad metallid tõrjuvad sooladest välja tagapool asetsevad metallid.