بطارية الألمنيوم الهوائية: كيف تعمل؟
البطاريات يمكن أن تكون ثقيلة جداً. هذا العيب يمنع استخدام البطاريات كمصدر للطاقة في العديد من الأجهزة والتطبيقات حيث يكون الوزن الخفيف ضرورياً.
تعتبر بطارية الألمنيوم الهوائية حلاً لهذه المشكلة، حيث تستخدم الهواء كقطب موجب مما يقلل بشكل كبير من وزنها.
في بطارية الألمنيوم الهوائية، يتم استخدام الألمنيوم كقطب سالب، والهواء (الأكسجين الموجود في الهواء) كقطب موجب. وهذا يؤدي إلى كثافة طاقة عالية - أي الطاقة المنتجة لكل وحدة وزن البطارية - مقارنة بالبطاريات التقليدية الأخرى.
رغم ذلك، فإن بطارية الألمنيوم الهوائية لا تُنتج تجارياً بشكل رئيسي بسبب تكلفة إنتاج القطب السالب المرتفعة، بالإضافة إلى مشاكل التآكل التي يتعرض لها قطب الألمنيوم بسبب ثاني أكسيد الكربون في الهواء. لهذا السبب، يتم استخدام هذه البطارية بشكل أساسي في التطبيقات العسكرية.
تعني كثافة الطاقة العالية لبطارية الألمنيوم الهوائية أنها تمتلك إمكانات كبيرة للاستخدام في السيارات الكهربائية.
صنع بطارية الألمنيوم الهوائية بسيط جداً ويمكن القيام به باستخدام مواد منزلية بسيطة. سنقوم بتغطية دليل DIY (اصنع بنفسك) لصنع بطارية الألمنيوم الهوائية.
تجربة بطارية الألمنيوم الهوائية
لإنشاء هذه التجربة نحتاج إلى،
رقائق الألمنيوم.
حل مائي مشبع بالملح.
أوراق تضخمية.
غبار الفحم الناعم.
قطعتان صغيرتان من الأسلاك الكهربائية و
واحدة من الديودات الصادرة للضوء.
إجراءات صنع بطارية الألمنيوم الهوائية البسيطة
قم بأخذ قطعة من رقائق الألمنيوم ونشرها على الطاولة. في وعاء، اعد حلًا مشبعًا من الماء والملح. خذ قطعة من الورق التضخيمي. انقع القطعة من الورق التضخيمي في الحل المشبع بالملح. ثم انشر القطعة المنقوعة من الورق التضخيمي فوق رقائق الألمنيوم. الآن ضع بعض غبار الفحم الناعم فوق الورق التضخيمي. بعد وضع سلك غير معزول في غبار الفحم، غطيه بقطعة أخرى من الورق التضخيمي المنقوع في محلول الملح من نفس الحجم. الآن لف الكل بإحكام بحيث لا يمكن لغبار الفحم أن يلمس رقائق الألمنيوم مباشرة وأن الجزء غير المعزول من السلك يخرج من أحد أطراف اللف. الآن خذ سلكًا آخر وأثبت الجزء غير المعزول منه إلى رقائق الألمنيوم. الآن إذا قمنا بتوصيل ديودة مضيئة (LED) بهذه الوصلتين (واحدة من الفحم والأخرى من الألمنيوم) وضغطنا على اللف بأصابعنا، سيتوهج LED.
مبدأ عمل بطارية الألمنيوم الهوائية
كما هو موضح في الشكل، تحتوي بطارية الألمنيوم الهوائية على قطب هواء يمكن أن يكون مصنوعًا من كاتالست فضي ويمنع CO2 من الدخول إلى البطارية ولكنه يسمح بدخول O2 إلى الكهربائي. ثم تتفاعل هذه الأكسجين مع H2O في محلول KOH الكهربائي وتأخذ الإلكترونات من الحل وتخلق أيونات OH–. ثم تتجمع هذه الأيونات مع قطب الألمنيوم وتحتاج Al(OH)3 وتطلق الإلكترونات. ثم تتدفق هذه الإلكترونات من القطب الهوائي إلى قطب الألمنيوم عبر الدائرة الخارجية لتوفير النقص في الإلكترونات في محلول الكهربائي بسبب تفاعل تقليل القطب الموجب.
رد فعل كيميائي لبطارية الألمنيوم الهوائية
четыре ذرات من الألمنيوم تتفاعل مع 3 جزيئات من الأكسجين و6 جزيئات من الماء لإنتاج 4 هيدروكسيدات الألمنيوم
معادلة بطارية الألمنيوم الهوائية
أكسدة القطب السالب (نصف التفاعل)،
تخفيض القطب الموجب (نصف التفاعل)،
التفاعل الكلي،
Phinergy هي شركة مطورة مشهورة في إسرائيل تركز على استخدام بطاريات الهواء المعدنية مثل بطارية الألمنيوم الهوائية وبطارية الزنك الهوائية. الخاصية الرئيسية لبطاريات الهواء المعدنية هي أنها تستخلص الأكسجين من الهواء المحيط. بطارية الألمنيوم الهوائية لديها كثافة طاقة عالية جداً، وهي تصل إلى 300 واط ساعة لكل باوند من الألمنيوم. وكثافة الطاقة لديها أيضاً عالية جداً، حوالي 30 واط/باوند.
لا يمكن شحن هذا النوع من البطاريات كهربائياً. بشكل أساسي، إنها بطارية أولية. ولكن يمكن التغلب على صعوبة الشحن عن طريق عملية الشحن الميكانيكي. يتم شحن بطارية الألمنيوم الهوائية ميكانيكياً عن طريق استبدال قطب الألمنيوم. في هذه العملية، يمكن إعادة البطارية إلى حالة الشحن الكامل من مجموعة خلايا البطارية المستنزفة. بسبب كثافة الطاقة والطاقة العالية وإمكانية الشحن الميكانيكي، تعتبر بطارية الألمنيوم الهوائية ربما الأكثر ملاءمة كبديل للوقود النفطي للسيارات في المستقبل القريب. كما أن هذه البطاريات لها تأثير بيئي منخفض جداً.
المشكلة الرئيسية لهذه التكنولوجيا هي تفاعل CO2 مع الألمنيوم. الألمنيوم يتأثر بسهولة بالتآكل بسبب وجود CO2 في الهواء. يمكن التغلب على هذه المشكلة عن طريق تقديم قطب هواء خاص يمكنه منع CO2 من الوصول إلى صفائح الألمنيوم. قامت Phinergy بتطوير قطب هواء بناءً على كاتالست فضي، وهذه البنية تسمح بدخول O2 إلى صفائح الألمنيوم ومنع CO2 من الدخول.
بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق الرجاء التواصل للحذف.
