¿Por qué el voltaje de las baterías de vinagre en serie no es igual a la suma de los voltajes individuales?

Estoy trabajando en una demostración / práctica en clase para la clase de escuela primaria de mis hijos, y he hecho algunas baterías pequeñas con monedas de 10 centavos (recubiertas de cobre) de Nueva Zelanda, arandelas de zinc y cartón empapado en vinagre. Cada celda individual mide aproximadamente 0.96 voltios, pero cuando pongo 4 de ellos juntos, solo obtengo alrededor de 2.6 voltios. Me pregunto si hay algo que desconozco sobre la naturaleza de estas baterías que hace que no se acumulen.

Además, incluso a 2.6 voltios, el mismo voltaje que estoy obteniendo de un par de eneloop AA, el LED no es muy brillante, en comparación con conectarlo a los eneloop AA, donde el LED es bastante brillante. ¿Esto se debe al bajo amperaje de la batería de vinagre? ¿Poner más en serie mejoraría (o necesito hacer una segunda y conectarlas en paralelo?).

Soy un poco novato con la electrónica, principalmente lo aprendo ahora ya que mi hijo está muy interesado, así que me divierto aprendiéndolo con él.

Gracias por cualquier consejo.

Adjunto una imagen a continuación que muestra el producto final previsto (aprieto la parte superior e inferior de los cables de led para completar el circuito, como un simple interruptor). A la derecha está lo que estoy usando para mis células (menos el vinagre, y sin cortar el cartón para que se ajuste a la moneda).

¡Además de demostrar cierta generación básica de electricidad, usted demostrará por qué no generamos electricidad comercial utilizando monedas de Nueva Zelanda y vinagre!

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. Cada batería tiene una resistencia interna que provoca una caída de voltaje a medida que aumenta la corriente.

El efecto de la resistencia interna es causar caída de voltaje a medida que aumenta la corriente. Una demostración simple de esto será conectarlo como se muestra con el multímetro configurado en mA cuando esté en la posición AM1 (asegúrese de tener los cables en los enchufes correctos) y configurar DC V en la posición VM1.

• Desconecte el LED. Mida el voltaje de circuito abierto. No es necesario medir la corriente de circuito abierto. Será cero
• $R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

Es difícil decir por qué no está recibiendo cuatro veces 0,96 V cuando está conectado en serie, pero una foto puede decirnos más.

Mirando la foto, sospecho que puede tener alguna fuga en sus células individuales. Si los lados de las arandelas o monedas se mojan, habrá un corto parcial en la celda. Para probar esto, haga cuatro celdas separadas conectadas por cable en lugar de la pila.

Cuando cualquier batería está conectada a una carga, su voltaje de salida caerá un poco debido a la resistencia interna de la batería.

Si está construyendo una batería, hay cuatro cosas simples que puede hacer para reducir la resistencia interna de la batería:

1. Haz los electrodos más anchos.

   • La resistencia del electrolito será inversamente proporcional a la sección transversal del electrolito a través de la cual viaja la corriente. Generalmente, la mayor parte de la corriente viajará en línea recta directamente entre los electrodos.
   • La velocidad a la que pueden ocurrir las reacciones químicas es proporcional al área de los electrodos.
   • Esto es equivalente a cablear múltiples baterías en paralelo.

2. Reduzca el espacio entre los electrodos. La resistencia del electrolito será proporcional a la distancia que la corriente tiene que recorrer a través de él.

   • Usar cartón más delgado o usar toallas de papel debería reducir la resistencia.

3. Aumentar la concentración de iones en el electrolito. La conductividad será algo proporcional a la concentración de iones.

   • Por ejemplo, el vinagre contiene ácido acético. Usar otra marca de vinagre con un mayor porcentaje de ácido acético podría ayudar.
   • Si usa ácido cítrico en lugar de vinagre, puede comprar polvo de ácido cítrico puro en su supermercado local. Suele estar en la isla de hornear.

4. Use un electrolito que tenga mayor movilidad de iones. La resistencia del electrolito será inversamente proporcional a la movilidad iónica.

   • El ácido cítrico (que se encuentra en el jugo de limón) y el bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) son buenos electrolitos.

Además del fenómeno de resistencia interna que reduce el voltaje de la batería bajo carga, debe prestar mucha atención al comentario de @Jasen sobre cortocircuitos internos. Eche un vistazo a las baterías de grado industrial y notará que las celdas individuales nunca comparten electrolitos .

Le sugiero que intente colocar una película no humectable (como piezas de una bolsa de plástico o envoltura de caramelo) entre cada moneda de una celda y la arandela de la celda siguiente. Como todavía necesita que estén conectados eléctricamente, coloque un cable pequeño a través de la capa de aislamiento. Eso debería mejorar la salida de la batería y acercar el voltaje total a la suma de los voltajes de las celdas individuales, al menos sin carga.