土壤发电技术

1、编号：Q/NJXX-QR-GY-05-2009 南京信息职业技术学院 研究性学习课题报告作者 王小旭 王亚南 姜 硕 专业 光伏发电应用与技术（智能环境信息技术） 研究室 材料研究室 课题 土 壤 发 电 美 景 钟 指导教师 郭 萍 完成时间： 2013年1月5日 土壤发电美景钟研究 王小旭 王亚南 姜 硕摘要：随着人类对能源的需求越来越大，传统能源日益枯竭，人们开始寻找新能源、新技术、新领域来改变对传统能源的消耗。这其中包括土壤发电技术。 土壤发电技术，可以很好地解决了能源与环境的问题，但此技术尚未成熟还处于研究开发阶段。本次研究性课题从三个方面对土壤发电工艺做出了比较与分析，以提高对土壤

2、发电工艺更深的了解与学习。三个方面分别是：电极的距离对土壤发电的影响；溶液介质对土壤发电的影响；电极材料对土壤发电的影响。 关键字：土壤发电 电极的距离 溶液介质 电极材料 检测 对比1、引言随着世界经济的高速发展、人口的增长和科技的进步，传统能源的消耗量越来越大，这就带来了一系列能源的耗尽和环境污染问题。人类面临的能源危机的压力越来越大，“节能、环保、绿色”成为时代的主题。而土壤发电是利用原电池原理把土壤中介质转换成电能的新技术，对于人类解决能源危机和保护人类生存环境具有重大意义。国外一些专家研究和开发土壤发电技术已取得叫大进展。土壤发电作为一种优越的新能源而受到 广泛的重视并具有较大发展潜

3、力。我国土壤发电技术虽尚处于起步阶段，但在我国有很大发展前景。本课题旨在对土壤发电技术做初步的资料分析和研究，通过研究性实验的对比分析找到有利于土壤发电的因素。2实验原理：本实验是利用原电池的发电原理：锌是活泼金属，易失电子，因此是原电池的负极，同为正极当锌失去的电子通过外电路流到铜电极时，从而产生电流。整个过程中，在锌上发生的是氧化反应，铜上是还原反应。3.实验测试3.1电极的距离对土壤发电的影响3.1 .1时间：2013年10-12月 3.1.2 设计方案 电极距离对土壤发电电流会产生影响，我们从以下两个方面进行测试：一是增大电极距离来观察电流的变化，二是将电极串联后和未串联电极比较来观察

4、电流的变化：第一组，电极距离10cm 第二组，电极距离15cm 第三组，电极距离20cm第四组，三个电极串联3.1.2实验用品 1、 实验材料：1个纸盒, 长30cm 宽25cm、导线, 0.5cm 、土壤 、直尺 锌片、铜片2、 实验准备：三个平行试验，一个串联对比试验。在纸盒中加入 500毫升土壤 ，用100毫升的自来水浸润，最终使土壤保持一定的湿润度 。3.1.3实验步骤1. 做模板：锌为负极，铜为正极接入电流表，铜锌片插入土壤中。2.测试电极距离对电流大小的影响实验典型数据如下： 表1：电极距离10cm时间(t/min）电流大小（mA）电压大小（V）备注06.2实验中向烧杯中吹口气，发

5、现示数不变53.9103.6202.7302.5电流测试结束302.50.5电压基本不变402.40.4小结：在电极距离为10cm时电流随时间二递减，递减幅度由大到小。30分钟左右时电流相对稳定，变化不大。表2：电极距离15cm时间电流大小（mA）电压大小（V）备注03.4 5 2.82.615:102.215:202.1电流测试结束15: 202.10.4电压基本不变15:302.00.35小结：在电极距离为15cm时电流随时间二递减，递减幅度由大到小。30分钟左右时电流相对稳定，变化不大。表3：电极距离20cm时间电流大小（mA）电压大小（v）备注15: 202.5 15:25 215:3

6、51.915:502.215: 502.10.4电压基本不变16:002.00.37小结：在电极距离为20cm时电流随时间二递减，递减幅度由大到小。30分钟左右时电流相对稳定，变化不大。表4：三个电极串联时间电流大小（mA）电压大小（V）备注15: 507 15:555.615:57516:034.816:204.6电流测试结束16: 204.70.6电压基本不变16:304.60.52小结： 三个电极串联时电流随时间二递减，递减幅度由大到小。30分钟左右时电流相对稳定，变化不大。3.1.4实验结论对电极距离的前三组测试，实验得出：电极距离较小时土壤发电较为理想，产生的电流值较其他两组大，并且

7、示数较稳定。四组实验对比，电极材料串联产生的电流值最大。可进一步实验研究。3.2 溶液介质对土壤发电的影响3.2.1测试时间：2013.10月12月 天气：阴 3.2.2 1、设计方案： 向土壤中加入不同溶液，从而改变了土壤的原来状态，依次来测试这会对电流有影响。 2、 材料选择： 1、土壤 （即为当地土壤，适合青草或其他植物生长即可） 2、咖啡 茶叶水 奶茶 （想土壤中加入的物质一定要为生活常见物）3.2.3实验步骤1、取4个500mL烧杯，分别标记A B C D2、向4个烧杯中加入等量的土壤300 mL3、向4个烧杯中加入等量的清水，使其湿润4、A烧杯做空白试验 B烧杯加入了茶叶水 C烧杯

8、加入50ML咖啡 D烧杯加入50ML茶叶水5、以铜，锌为电极，取面积相同的两块，与导线连接。6、将电极材料依次插进的烧杯中(电极材料与土壤接触面积相同)7、用电流表记录下不同时刻的电流值8、带电流稳定后记录下不同时刻的电流值 3.2.4数据记录时间（t：min）A（空白）B（茶）C（咖啡）D（奶茶）06.611.418.215.410 4.46.44.84.8304.04.84.24.0603.64.63.83.6稳定电压V0.75121.5小结：A组7分钟后电流值在4毫安处波动较大，之后略有下降后又回升。在4.4毫安处开始慢慢下降，不再有波动。B组: 下降缓慢，无任何波C组: 初始瞬间电流值

9、很大，但会立即下降，经过45分钟后降至6.2毫安，开始缓慢下降，降至4,4毫安时稳定D组: 初始值为15.4毫安，然后迅速下降，1分钟后降至8.0毫安后缓慢下降3.2.5实验结论1、三种溶液加入土壤后都或多或少的会影响电流值的大小，都会使电流偏大2、每种溶液加入后，初始电流都很大，然后随着时间的变化，电流在减小在1小时后，空白实验从3、三种溶液对土壤电流值大小影响程度依次是： 茶 > 奶茶 > 咖啡3.3 电极材料对土壤发电的影响3.3.1时间：2012年1012月 3.3.2方案设计实验组别 第一组，电极材料为铜和锌； 第二组，电极材料为铜和铁； 第三组，电极材料为铁和锌。3.3

10、.3实验用品1、实验电极材料：锌片、铁钉、铜片2、实验仪器：3个烧杯，500mL、玻璃棒、导线、土壤 3.3.4实验步骤：1、做模板：三个平行试验，在三个烧杯中均加入400毫升土壤 ，用 100毫升的自来水浸润，最终使土壤保持一定的湿润度 。2、连接导线3、典型实验数据如下：实验数据第一组 正极：铜 负极：锌时间(t/min）电流大小（mA）电压大小（伏特）备注06.4实验中向烧杯中吹口气，发现示数不变55.0104.25203.9333.45电流测试结束00.5150.4100.4150.38说明电压较稳定，结束本组实验小结：在电极距离铜锌时电流随时间二递减，递减幅度由大到小。30分钟左右时

11、电流相对稳定，变化不大。第二组 正极：铜 负极：铁时间(t/min)电流大小（毫安）电压大小（伏特）备注01.1由观察来看，示数将在0.8毫安左右波动，不会有太大变化至此，电流测试结束50.8100.8200.81300.8100.39110.21160.21220.2电压测试结束，示数变化并不大 小结：在电极铜铁时电流随时间二递减，递减幅度由大到小。30分钟左右时电流相对稳定，变化不大。第三组 正极：铁 负极：锌 时间(t/min)电流大小（毫安）电压大小（伏特）备注02将电极材料接好后，开始示数有较小的变化，但随着时间的进行，示数呈持续减小的趋势，且推测，电流的大小可能会降至零22.231.881.2181.0230.8380.6430.5至此，电流测试结束00.12100.1电压值较稳定，结束实验小结：在电极铁锌时电流随时间二递减，递减幅度由大到小。30分钟左右时电流相对稳定，变化不大。3.3.5实验结论： 对电极材料的三组测试，最终得出：铜、锌构成原电池用于土壤发电较为理想，产生的电流、电压值较其他两组大，并且示数较稳定，可用于最终