Алуминиево-въздушна батерия: Как работят?
Батерии могат да бъдат много тежки. Този недостатък ги спира от използването като източник на енергия в много различни апарати и приложения, където лекотата е ключова.
Алуминиевата-въздушна батерия преодолява този проблем. Използва въздуха като катод, което значително намалява нейната тегло.
В алуминиевата-въздушна батерия, алуминият се използва като анод, а въздухът (кислородът във въздуха) като катод. Това води до висока енергийна плътност – т.е. енергия, произведена на единица тегло на батерията – по-висока в сравнение с другите конвенционални батерии.
Въпреки това алуминиевата-въздушна батерия не се произвежда комерсиално, главно поради високата цена на производството на анода, както и проблеми с корозията на алуминиевия анод, причинена от въглеродния диоксид във въздуха. Поради това, използването на тази батерия е ограничено предимно до военни приложения.
Високата енергийна плътност на алуминиевата-въздушна батерия означава, че те имат висок потенциал за използване в електрически автомобили.
Изработването на алуминиева-въздушна батерия е доста просто – и може да се направи с обикновени домакински принадлежности. Ще разгледаме DIY (Do It Yourself) ръководство за изграждане на алуминиева-въздушна батерия.
Експеримент с алуминиева-въздушна батерия
За изграждането на този експеримент ни трябват,
Алуминиева фолия.
Наситен разтвор на вода и сол
Филтриращи хартии
Мек прах от дървесен въглиняк.
Две малки парчета електрически жици и
Един светещ диод.
Процедура за изграждане на проста алуминиева-въздушна батерия
Просто вземете парче алуминиева фолия и я разстелете на масата. В съд направете наситен разтвор на вода и сол. Вземете парче филтрираща хартия. Намокрете парчето филтрираща хартия с наситения солен разтвор.
След това наместете намокреното парче филтрираща хартия върху алуминиевата фолия. Сега сложете малко мек прах от дървесен въглиняк върху филтриращата хартия. След като поставите невъзбуден проводник в праха от дървесен въглиняк, покрийте го с друго парче филтрираща хартия, намокрена с наситен разтвор, със същия размер. Сега здраво завийте цялото нещо така, че прахът от дървесен въглиняк да не се допира директно до алуминиевата фолия, а изолираната част на проводника да излиза от единия край на завивката. Сега вземете друг проводник и закрепете невъзбудената му част към алуминиевата фолия. Ако свържем нисконапрегнат светещ диод (LED) с тези два проводника (единия от дървесния въглиняк, а другия от алуминиевата фолия) и надавием завивката с пръсти, LED-то ще светне.
Работен принцип на алуминиевата-въздушна батерия
Както е показано на фигурата, алуминиевата-въздушна батерия има въздушен катод, който може да бъде направен от серебърен катализатор, и помага да блокира CO2 да влезе в батерията, но позволява O2 да влезе в електролита. След това този кислород реагира с H2O в KOH електролитен разтвор, взима електрони от разтвора и създава OH– иони. Тези иони се свързват с алуминиевия анод и създават Al(OH)3 и освобождават електрони. Тези електрони след това се движат към въздушния анод от алуминиевия катод през външната верига, за компенсиране на липсата на електрони в електролитния разтвор, причинена от реакцията на редукция на катода.
Химична реакция на алуминиевата-въздушна батерия
Четири алуминиеви атома реагират с 3 молекули кислород и 6 молекули вода и произвеждат 4 алуминиеви хидроксида
Уравнение на алуминиевата-въздушна батерия
Оксидация на анода (полу-реакция),
Редукция на катода (полу-реакция),
Обща реакция,
Phinergy, известна израелска компания, развиваща метал-въздушни батерии като алуминиевата-въздушна и цинковата-въздушна. Особеността на метал-въздушните батерии е, че те използват кислород от околната среда. Алуминиевата-въздушна батерия има висока енергийна плътност, която достига до 300 Wh на 1 lb алуминий. Енергийната плътност й е също висока, около 30 Вт/lb.
Този тип батерии не може да бъде електрически зареждан. По същество, това е первично батерия. Но трудността на зареждането може да бъде преодоляна чрез механично зареждане. Механичното зареждане на алуминиевата-въздушна клетка се извършва чрез замяна на алуминиевия електрод. В този процес, батерията може да бъде върната в напълно заредено състояние от разтоварена батерийна стопа.
Поради високата енергийна и мощностна плътност, удобствата на механичното зареждане, алуминиевата-въздушна батерия може да бъде най-подходящата алтернатива на петролното гориво за автомобили в близкото бъдеще. Тези батерии също имат много ниско въздействие върху околната среда.
Основният недостатък на тази технология е, че реакцията на CO2 с алуминия. Алуминият се влияе много лесно от корозията, причинена от наличието на CO2 във въздуха. Този проблем може да бъде преодолян чрез въвеждане на специален въздушен електрод, който може да предотврати CO2 да достигне до алуминиевата фолия. Phinergy е развила въздушен електрод със серебърен катализатор, който позволява O2 да влезе в алуминиевата фолия и предотвратява CO2 да влезе.
Заявление: Уважавайте оригиналното, добро съдържание заслужава споделянето, ако има нарушение на права, моля се обратете за изтриване.
