Mengapa tegangan baterai cuka secara seri tidak sama dengan jumlah tegangan individu?

Saya sedang mengerjakan demo di kelas untuk siswa putra saya di sekolah dasar, dan saya membuat beberapa baterai kecil dengan koin Selandia Baru 10 sen (dilapisi tembaga), dan mesin cuci seng, dan cuka yang direndam kardus. Setiap sel individu berukuran sekitar 0,96 volt, tetapi ketika saya menyatukan 4 sel, saya hanya mengeluarkan sekitar 2,6 volt. Saya bertanya-tanya apakah ada sesuatu yang saya tidak tahu tentang sifat baterai ini yang membuat mereka tidak bertambah.

Juga, bahkan pada 2,6 volt, tegangan yang sama dengan yang saya dapatkan dari sepasang eneloop AA, LED tidak terlalu terang sama sekali - dibandingkan dengan menghubungkannya ke eneloop AA, di mana LED cukup cerah. Apakah ini karena daya baterai cuka yang rendah? Apakah menempatkan lebih banyak dalam seri membuatnya lebih baik (atau apakah saya perlu membuat yang kedua dan menghubungkannya secara paralel?).

Saya agak noob dengan elektronik, kebanyakan belajar sekarang karena anak saya sangat tertarik, jadi bersenang-senang mempelajarinya.

Terima kasih atas tipsnya.

Saya telah melampirkan gambar di bawah ini yang menunjukkan produk akhir yang dimaksudkan (saya menekan bagian atas dan bawah kabel led untuk menyelesaikan rangkaian, sebagai saklar sederhana). Di sebelah kanan adalah apa yang saya gunakan untuk sel-sel saya (dikurangi cuka, dan tanpa kardus dipotong agar sesuai dengan koin.)

Selain mendemonstrasikan beberapa pembangkit listrik dasar, Anda akan mendemonstrasikan mengapa kami tidak menghasilkan listrik komersial menggunakan koin dan cuka NZ!

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Gambar 1. Setiap baterai memiliki resistansi internal yang menyebabkan penurunan tegangan seiring dengan meningkatnya arus.

Efek dari resistansi internal adalah menyebabkan tegangan terkulai ketika arus meningkat. Demonstrasi sederhana ini akan menghubungkan seperti yang ditunjukkan dengan multimeter yang diatur ke mA ketika di posisi AM1 (pastikan Anda memiliki lead di soket kanan) dan diatur ke DC V di posisi VM1.

• Putuskan sambungan LED. Ukur tegangan rangkaian terbuka. Tidak perlu mengukur arus rangkaian terbuka. Itu akan menjadi nol.
• $R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

Sulit untuk mengatakan mengapa Anda tidak mendapatkan empat kali 0,96 V ketika terhubung secara seri tetapi foto mungkin memberi tahu kami lebih banyak.

Melihat foto itu, saya curiga ada kebocoran di sel-sel Anda. Jika sisi mesin cuci atau koin basah, akan ada kekurangan parsial pada sel. Untuk mengujinya, buat empat sel terpisah yang dihubungkan dengan kawat daripada tumpukan.

Ketika baterai terhubung ke beban, tegangan outputnya akan turun sedikit karena hambatan internal baterai.

Jika Anda membuat baterai, maka ada empat hal sederhana yang dapat Anda lakukan untuk mengurangi hambatan internal baterai:

1. Buat elektroda lebih lebar.

   • Hambatan elektrolit akan berbanding terbalik dengan penampang elektrolit yang dilalui arus. Umumnya sebagian besar arus akan bergerak dalam garis lurus langsung di antara elektroda.
   • Tingkat di mana reaksi kimia dapat terjadi sebanding dengan luas elektroda.
   • Ini setara dengan kabel beberapa baterai secara paralel.

2. Kurangi jarak antar elektroda. Hambatan elektrolit akan sebanding dengan jarak yang harus dilalui arus.

   • Menggunakan kardus yang lebih tipis, atau menggunakan handuk kertas harus mengurangi resistensi.

3. Tingkatkan konsentrasi ion dalam elektrolit. Konduktivitas akan agak sebanding dengan konsentrasi ion.

   • Misalnya, cuka mengandung asam asetat. Menggunakan cuka merek lain dengan persentase asam asetat yang lebih tinggi bisa membantu.
   • Jika Anda menggunakan asam sitrat daripada cuka, Anda dapat membeli bubuk asam sitrat murni dari toko bahan makanan lokal Anda. Biasanya di pulau kue.

4. Gunakan elektrolit yang memiliki mobilitas ion lebih tinggi. Tahanan elektrolit akan berbanding terbalik dengan mobilitas ion.

   • Asam sitrat (ditemukan dalam jus lemon), dan natrium bikarbonat (soda kue) keduanya menghasilkan elektrolit yang baik.

Selain fenomena resistensi internal yang menurunkan tegangan baterai di bawah beban, Anda harus memperhatikan komentar @Jasen tentang korsleting internal. Lihatlah baterai kelas industri, dan Anda akan melihat bahwa sel-sel individual tidak pernah berbagi elektrolit .

Saya sarankan Anda mencoba menempatkan film yang tidak dapat dibasahi (seperti potongan-potongan kantong plastik atau bungkus permen) antara setiap koin dari satu sel dan mesin cuci dari sel berikutnya. Karena Anda masih membutuhkannya untuk dihubungkan secara elektrik, letakkan kabel kecil di atas lapisan insulasi Anda. Itu akan meningkatkan output baterai Anda dan membawa total tegangan lebih dekat ke jumlah tegangan dari masing-masing sel, setidaknya tanpa beban.