Draadloze waterkoker

[ZoeGreBV]

Hallo, 
Ik had een vraag en een vriend die een scheikunde leraar is kon het ook niet zeker weten.

We willen namelijk een draadloze waterkoker ontwerpen.
En we komen tegen een probleem dat onze waterkoker ongeveer van 20 graden naar 100 graden moet gaan,  maar dat we daar geen accu voor kunnen vinden die klein genoeg is om in het ontwerp te passen.
 
Even wat details.
De thermosfles/waterkoker houdt ongeveer een halve liter water.
We willen dat het binnen ongeveer 2 minuten van 20 graden naar 100 graden kan.
We willen dat het in ieder geval 2x dit kan opwarmen per volle accu.

is er zo'n kleine accu met zo'n vermogen of is die er nog niet?
 
 
-ZoeGreBV
 

[Marko]

Een berekening, uitgaande van ideale situaties. Met andere woorden, alle omzettingen zijn 100% efficiënt, enzovoort.
 
Alleen uitgaan van verwarmen, dan moet een halve kilo water met 80 °C worden opgewarmd. Dat kost 0,5*4,2*80 = 168 kJ.
Gaan we uit van een Li-ion batterij, dan heb je voor die 168 kJ een batterij nodig die tussen de 200 en 300 gram weegt, en een volume heeft van ongeveer 100 mL, dus in dat opzicht kan het nog best een handzame waterkoker worden.
 
Je moet dan echter wel heel veel geduld hebben. Het specifieke vermogen van een Li-ion batterij is slechts 250-300 W/kg. De waterkoker zou een vermogen van hooguit 80 W kunnen opwekken. Vergelijk dat eens met het vermogen van een doorsnee waterkoker (1000 W), dan ben je ruim 12 keer zo lang onderweg. 
 
Om de genoemde 168 kJ op te brengen heb je 2000 seconde, dus ruim een half uur nodig. Dan heb je 2 kopjes thee, en zijn de batterijen leeg. 
 
Natuurlijk kun je dit ondervangen door meer batterijen te gebruiken. Stel dat je er 5 keer zoveel gebruikt, dan ben je in iets minder dan 7 minuten klaar, maar heb je wel een waterkoker die voor een halve liter water ook een halve liter batterijen nodig heeft.
 
Maar goed, dan heb je dus ook de kostprijs van een halve liter aan batterijen in de waterkoker zitten. Reken op een paar honderd euro.

[Pinokkio]

We willen dat het binnen ongeveer 2 minuten van 20 graden naar 100 graden kan.

0,5 liter water opwarmen in 120 seconden vergt een vermogen van
0,5 kg * 4200 J/kg.^oC * (100-20)^oC / 120 s = 1400 J/s = 1400 Watt
En daar komt nog wat bij omdat de waterkoker zelf ook warmte opneemt.

We willen dat het in ieder geval 2x dit kan opwarmen per volle accu.

Dat zou een accu vergen van 1400 W * (2*2/60) h = 93 Wh
Bij bijvoorbeeld 12 V komt dat overeen met 93 / 12 = 7,8 Ah = 7800 mAh
 
Vergelijk dat eens met de Wh en mAh capaciteit van accus in een kruimeldief of een accuboormachine en je zult begrijpen dat wat jij wilt niet praktisch is.

[Benm]

Dat gaat wel een flinke accu worden inderdaad, maar onmogelijk lijkt me het niet.
 
Dat koken in 2 minuten maakt het wel lastig, je moet dan accu's gebruiken die geschikt zijn voor ontlading met hoge stromen, bijvoorbeeld bedoeld voor gebruik in drones en dergelijke. Die zijn, per Wh, groter en duurder dan de accu voor pakweg een laptop. De benodigde capaciteit is al pakweg 2x wat er in een gangbare laptop zit, en met dergelijke high-current cellen moet je toch wel rekenen op een accupack dat 4x dat van een laptop groot is. Draagbaar is het nog wel, erg handzaam vermoeddelijk niet. 

[ArcherBarry]

Opmerking moderator

Dit onderwerp past beter bij natuurkunde en is daarom verplaatst.