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Experimento - Medios didácticos para experimentar/Experimento 10+/El condensador, el hidrógeno, el flujo redox/El condensador, el hidrógeno, el flujo redox (Instrucción para los profesores) (editar)
Revisión del 01:08 25 sep 2021
, hace 2 añossin resumen de edición
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|style="width:25%;"|En el polo negativo (el cátodo):
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|style="width:35%; text-align:center;"|2H<sup>2</sup> + 4OH<sup>–</sup>
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|style="width:35%; text-align:center;"|4H<sub>2</sub>O + 4e<sup>-</sup>
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|style="width:25%;"|En el polo positivo (el ánodo):
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|style="width:35%; text-align:center;"|O<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O + 4e<sup>-</sup>
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|style="width:25%;"|Reacción total:
|style="width:25%;"|'''Reacción total:'''
|style="width:35%; text-align:center;"|2H<sub>2</sub> + O<sub>2</sub>
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|style="width:35%; text-align:center;"|2H<sub>2</sub>O + energia
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Si se conectan células solares a la cámara electrolítica, sólo se verá cómo empieza a formarse el gas en los electrodos al añadir la cuarta célula. La tensión de descomposición se sitúa aproximadamente en 2 V.
Si se utiliza el motor solar al soplar y accionar así la turbina de viento (el generador) y se lo conecta a la cámara electrolítica, la energía eléctrica generada hace que se formen hidrógeno y oxígeno. El motor solar también funciona como consumidor con la misma dirección de giro de la hélice, dado que la polarización de los electrodos sigue siendo la misma.
La energía eléctrica se almacena en la célula electrolítica como energía química (hidrógeno y oxígeno). El hidrógeno así obtenido se podría añadir al gas natural y ser transportado a través de los gasoductos hasta los consumidores, donde podría volver a ser utilizado para “generar energía”. O bien el hidrógeno se podría almacenar en tanques de forma estacionaria y, en caso de que se necesite la electricidad, se podría volver a convertir en corriente eléctrica utilizando las células de combustible. El oxígeno es un reactivo químico apreciado y se puede vender muy bien (p. ej., a las depuradoras de aguas residuales). Es posible liberar el oxígeno al aire y volver a quitarlo del aire si fuera necesario.
=====El almacenamiento directo de energía eléctrica en condensadores=====
[[Archivo:Fig 14. Condensador de doble capa “gold cap”.jpg|250px|right|Fig 1. Condensador de doble capa “gold cap”.]]
En la caja de experimentación se suministran en total cuatro condensadores de doble capa y ocho células solares, o sea que como máximo pueden experimentar dos grupos de alumnos a la vez.
El condensador es la única posibilidad de almacenar la energía eléctrica directamente en forma de portadores de carga. En este experimento parcial se utiliza para almacenar la energía un condensador de doble capa especialmente potente. Este condensador de doble capa se compone de dos capas con carbón activado (=grafito) que están separadas entre sí por electrolitos orgánicos. Para la carga se aplica una tensión en los dos electrodos de carbón activado. Entonces, los aniones negativos del electrolito se moverán hacia el electrodo de carga positiva y los cationes positivos hacia el electrodo de carga negativa.
Delante de los electrodos de carbón se forman dos zonas de portadores de carga inmóviles de diferente signo. De esta forma se crean dos condensadores conectados uno detrás del otro en los que los electrodos son cada uno de grafito.
Así se explica la denominación de condensador de doble capa. En el medio del condensador se encuentra el separador permeable a los iones que ha de impedir un contacto entre los electrodos.
La capacidad de un condensador depende básicamente del tamaño de la superficie de los electrodos. Debido a la superficie extremadamente grande del carbón poroso activado, este tipo de condensadores tiene una máxima capacidad aún con un volumen muy pequeño.
Los condensadores almacenan la energía suministrada de forma electroestática, es decir, en forma de electrones, a diferencia del almacenamiento electroquímico de energía (en baterías o acumuladores).
Si se carga el condensador durante un minuto con cuatro células solares conectadas en serie, entonces el motor solar se moverá durante aproximadamente 2 minutos y el diodo LED se iluminará durante unos 10 minutos, lo que se explica por el bajo consumo de electricidad del diodo.
Al soplar se mueve el motor (la turbina eólica) y también se carga el condensador. Dado que la polarización se mantiene el motor se seguirá moviendo en la misma dirección cuando se descargue el condensador. Si se sopla con más fuerza durante unos 5 segundos y si se para un momento el movimiento de la hélice, el motor debería seguir girando durante 5 segundos.
Los condensadores podrían almacenar la energía de frenado en, p. ej., las bicicletas ya equipadas con un acumulador y un motor eléctrico (las así llamadas “bicis eléctricas”) para que si fuera necesario pueda volver a ser utilizada esa energía para acelerar al arrancar la bicicleta. Esta tecnología desde hace mucho tiempo encuentra aplicación en los trenes de alta velocidad así como en los sistemas de transporte metropolitano.
====El almacenamiento de la energía eléctrica en una célula de yoduro de zinc (flujo redox)====
Hay a disposición dos células electrolíticas, o sea que como máximo pueden experimentar con ella dos grupos de alumnos a la vez.
Este experimento parcial es un ensayo modelo para reproducir una célula de flujo redox en la que se extrae la materia formada en la electrólisis (reacción endotérmica) y se almacena en tanques separados. En caso de necesitar la energía, esa materia se vuelve a utilizar para producir energía eléctrica según el principio de la célula galvánica (reacción exotérmica). Este tipo de célula se está poniendo a prueba para su aplicación en parques eólicos.
La reacción química que tiene lugar al cargar una célula de yoduro de zinc es la siguiente:
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En el polo negativo (el cátodo):
En el polo positivo (el ánodo):
Zn<sup>2</sup>+ + 2e<sup>–</sup>
2 I<sup>–</sup>
→Zn
→I<sup>2</sup> + 2e<sup>–</sup>
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