Door S. Hussain Ather – Bijgewerkt op 30 augustus 2022

haryigit/iStock/GettyImages

Met een paar alledaagse voorwerpen kun je een kleine batterij bouwen die de basisprincipes van elektriciteit demonstreert. Hoewel de chemie verschilt van commerciële batterijen, illustreren deze projecten hoe ionen bewegen en stroom genereren.

Snel overzicht

Er zijn drie eenvoudige doe-het-zelf-batterijtypen die u thuis kunt bouwen:

• Aardebatterij – maakt gebruik van metalen elektroden die in de grond zijn begraven.
• Knopbatterij – combineert koperen centen en aluminiumfolie.
• Zoutbatterij – maakt gebruik van ijzeren of zinken schroeven, papier en een zoutoplossing.

Volg de onderstaande veiligheidstips voordat u begint.

Veiligheidsrichtlijnen

Zelfs kleine batterijen kunnen een schok of kortsluiting veroorzaken. Raak nooit beide uiteinden van een batterij tegelijkertijd aan. Houd uw werkplek droog en gebruik geïsoleerd gereedschap. Vermijd bij het testen van de spanning het ontstaan van directe kortsluiting tussen de klemmen.

Een aardbatterij bouwen

Materialen

• 12 koperen spijkers (of staven)
• 12 gegalvaniseerde aluminium spijkers (of staven)
• Koperdraad (voldoende om op te wikkelen)
• Hoge waarde condensatoren (optioneel)
• Multimeter
• Draadscharen, meetlint, aluminiumfolie, kompas (optioneel)

Voorbereiding

Kies een zonnige, droge dag. Graaf ondiepe gaten (2 tot 3 inch) met een tussenruimte van minimaal een paar meter. Plaats een koperen spijker en een aluminium spijker in elk gat en zorg ervoor dat de metalen koppen gelijk liggen met de grond. Gebruik de draadknipper om ongeveer 1,5 inch isolatie van de koperdraad te strippen. Wikkel het gestripte gedeelte stevig rond elke spijkerkop en verbind vervolgens de twee spijkers met een doorlopende lus van koperdraad.

Bewerking

Bevestig de multimeterkabels aan de koper- en aluminiumelektroden. Zet de meter in de DC-modus. Een enkele cel zou een paar millivolt moeten lezen; de meting is afhankelijk van de bodemsamenstelling en het vochtgehalte. Voor een hogere spanning plaatst u meerdere cellen in serie:afwisselend koperen en aluminium spijkers, waarbij u elk paar van begin tot eind met elkaar verbindt. Een serie van 12 cellen kan oplopen tot ~0,3 V.

Een knoopcelbatterij bouwen

Materialen

• Verschillende koperen centen (na 1982 om koperen kern te garanderen)
• Aluminiumfolie
• Natte tissue, papieren handdoek of karton
• Zout, azijn (optioneel) of een zoutoplossing
• Multimeter, LED-licht (optioneel)
• Kom met water

Constructie

Snijd het natte materiaal op de grootte van een cent. Los 2-3 theelepels zout op in de kom met water; azijn kan dienen als een zwakke elektrolyt. Laat het papier twee minuten weken en knijp vervolgens de overtollige vloeistof eruit. Wikkel het geweekte papier in aluminiumfolie en vorm het rond een cent. Plaats de munt op de folie. Deze assemblage bestaat uit één cel.

Testen

Sluit een multimeter aan op de munt en folie. Een normale cel levert 0,1–0,3 V. Stapel meerdere cellen in serie om de spanning te verhogen en test met een LED. Deze moet gaan branden zodra de cumulatieve spanning de drempel van de LED overschrijdt (~2V).

Een zoutbatterij bouwen

Materialen

• 12 ijzeren of zinken schroeven
• Papieren stroken en schuurpapier (om de isolatie schoon te maken)
• Zout, water of een zoutoplossing
• Koperdraad, 30–40 windingen per schroef
• Spuitzuiger (voor het boren van gaten)
• Isolatieplaat (kunststof of karton)
• Multimeter, LED-verlichting (optioneel)

Constructie

Wikkel elke schroef in een papieren strook en wikkel de koperdraad vervolgens 30 tot 40 keer rond de met papier bedekte schroef. Gebruik de spuit om zes gelijkmatig verdeelde gaten aan één kant van het bord te boren. Steek de schroeven door het bord in een rooster en zorg ervoor dat het papier omwikkeld blijft. Verbind de schroeven met de koperdraad en zet de verbindingen stevig vast.

Bewerking

Dompel de plank enkele minuten onder in een zoutbad, verwijder hem vervolgens en droog hem. Sluit een multimeter aan op de klemmen van het bord. Het apparaat produceert doorgaans 0,2–0,5 V per cel; meerdere cellen kunnen in serie worden geschakeld voor een hogere output. Een LED kan dienen als visuele indicator.

Toepassingen en toekomstperspectieven

Deze experimenten illustreren hoe elektrolytische oplossingen elektriciteit kunnen opwekken en bieden een basis voor onderzoek naar goedkope, hernieuwbare batterijen. De huidige beperkingen van waterige elektrolyten (lagere spanning vergeleken met lithiumioncellen) worden aangepakt door geavanceerde chemie. Onderzoek bij de Zwitserse Federale Laboratoria voor Materiaalwetenschappen en Technologie heeft bijvoorbeeld aangetoond dat natriumbis(fluorsulfonyl)imide (NaFSI)-oplossingen tot 2,6 V kunnen bereiken, bijna het dubbele van de spanning van traditionele zoutoplossingen.

Historisch gezien werd de aardbatterij voor het eerst beschreven door Alexander Bain in 1841, wat leidde tot vroege telegraaftechnologie en inzichten in het elektrische veld van de aarde. Moderne onderzoeken blijven het potentieel van deze eenvoudige systemen voor duurzame energieoplossingen onderzoeken.