¿Por qué es baja la corriente de una celda galvánica de aluminio-hidrógeno?

Mi química no es tan buena, pero esperaba que esperaras una celda de 1 a 2 voltios. No da detalles del tamaño de su celda, pero imagino que es pequeño o que el área de superficie de los electrodos puede ser pequeña y eso limita el número máximo de electrones que puede producir.

Todas las celdas tienen una resistencia interna que hace que el voltaje caiga en proporción a la corriente consumida. Podemos modelar una celda (o batería) como una fuente de potencial de voltaje "perfecta" igual al voltaje de circuito abierto con una resistencia equivalente en serie. Al medir la tensión de circuito abierto y hacer una prueba de una carga conocida, podemos calcular la resistencia de la serie interna equivalente.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1 y 2. Mediciones de voltaje de circuito abierto y cargado.

• Para la medición en circuito abierto, utilizamos un voltímetro con una alta impedancia de entrada para que la corriente insignificante se extraiga de la celda. Tienes 1,34 V.
• Tomamos una segunda lectura con la carga de 47 Ω. Tienes 0.07 V.
• La caída de voltaje a través de la resistencia interna es entonces 1.34 - 0.07 = 1.27 V.
• Revisemos nuevamente su lectura actual calculando la corriente a través de RL, 47 Ω, usando la Ley de Ohm. \ $ I = \ frac {V} {R} = \ frac {0.07} {47} = 0.00149 ~ A = 1.49 ~ mA \ $ que está muy cerca de su lectura. Excelente.
• Ahora podemos calcular \ $ R_S = \ frac {V} {I} = \ frac {1.27} {0.00149} = 852 ~ Ω \ $.

Con ese cálculo, podemos ver que si cargamos la celda con una resistencia externa de 852, solo obtendríamos media tensión, 0,67 V, en los terminales. Si usa una resistencia más baja (carga más grande), el voltaje caerá aún más.

Potencia máxima

Si deja su celda abierta, puede sacar el máximo voltaje. Esto no es de mucha utilidad ya que la corriente es cero y como \ $ P = V \ cdot I \ $ el apagado es cero.

Si cortocircuitas la batería, puedes obtener la máxima corriente, pero con cero voltios en el cortocircuito, obtienes cero potencia nuevamente. (Toda la potencia se disipa en la resistencia interna.

Figura3.Gráficodetransferenciadepotencia.Fuente:WikipediaCommons.(Verenlaceabajo).

El teorema de transferencia de potencia máxima muestra que la mayor cantidad de potencia se puede obtener de la celda es cuando \ $ R_L = R_S \ $.

Otra información

El amperio se define como " una unidad de corriente eléctrica igual a un flujo de un coulomb por segundo ".

Un coulomb es equivalente al cargo de aproximadamente \ $ 6.242 × 10 ^ {18} \ $ electrones.

Obtienes 1.5 mA, por lo que es \ $ 6.242 × 10 ^ {18} × 0.0015 = 9.36 × 10 ^ {15} \ $ electrones por segundo. ¡Felicidades!

El voltaje de circuito abierto \ $ V_ {Celda} \ $ se basa en la diferencia de los dos potenciales de electrodo. Al conectar los electrodos sobre una carga (la resistencia \ $ R_L \ $), la celda galvánica debe mantener una corriente de \ $ I = \ frac {V_ {Celda}} {R_L} = \ frac {1.34V} {47 \ Omega} = 28.5 mA \ $ según la ley de Ohm y los valores dados en la pregunta.

Para hacerlo, la reacción tiene que ocurrir con la frecuencia suficiente para dejar que fluya la unidad por tiempo (= corriente). Esto depende del área de superficie del electrodo, la concentración de electrolito en las células y la temperatura, entre otras.

El número de electrones que fluyen por segundo para mantener dicha corriente es un orden de magnitud mayor que los 6 electrones por reacción. Dado que un Amperio es el caudal de \ $ 6.24 \ cdot10 ^ {18} \ $ electrones por segundo ( Wiki ), la celda debe suministrar un caudal de \ $ 1.78 \ cdot10 ^ {17} \ $ electrones por segundo.

Si modelas tu celda desde una perspectiva eléctrica, asumirías una fuente de voltaje con una alta resistencia interna (en este caso) de la serie.

Esta respuesta se centra en el problema principal y omite los detalles de modelado que se encuentran en baterías (reales = no ideales) o celdas galvánicas.