Bateria d'Alumini-Air: Com Funcionen?
Bateries poden ser bastant pesants. Aquest inconvenient impedeix que les bateries siguin una font d'energia en molts electrodomèstics i aplicacions on tenir un pes lleuger és crucial.
Una bateria d'alumini i aire supera aquest problema. Utilitza l'aire com a càtode, reduint significativament el seu pes.
En una bateria d'alumini i aire, s'utilitza l'alumini com anòd i l'aire (l'oxigen de l'aire) com a càtode. Això resulta en una densitat d'energia – és a dir, l'energia produïda per unitat de pes de la bateria – molt alta en comparació amb altres bateries convencionals.
Malgrat això, una bateria d'alumini i aire no es produeix comercialment, principalment degut al cost elevat de producció de l'anòd, així com problemes de corrosió de l'anòd d'alumini deguda al diòxid de carboni de l'aire. Per això, l'ús d'aquesta bateria està restringit principalment a aplicacions militars.
La densitat d'energia elevada de les bateries d'alumini i aire significa que tenen un gran potencial per utilitzar-se en vehicles elèctrics.
Fer una bateria d'alumini i aire és bastant simple – i es pot fer utilitzant objectes domèstics senzills. Anirem sobre una guia DIY (Do It Yourself) per fer una bateria d'alumini i aire.
Experiment de Bateria d'Alumini i Aire
Per crear aquest experiment necessitem,
Paper d'alumini.
Solució saturada d'aigua i sal
Papers de filtre
Polvorí fin de cartró.
Dos peces petites de fils elèctrics i
Un diode emissor de llum.
Procediment per Fer una Bateria D'Alumini i Aire Senzilla
Preneu un tros de paper d'alumini i esteseu-lo sobre una taula. En un pot feu una solució saturada d'aigua i sal. Preneu un tros de paper de filtre. Imbibiu el tros de paper de filtre amb la solució saturada de sal. Després esteseu el tros de paper de filtre imbibit sobre el paper d'alumini. Ara posa un poc de polsor fin de cartró sobre el paper de filtre. Després de col·locar un fil conductor sense aïllament al polsor de cartró, cobreix-ho amb un altre tros de paper de filtre imbibit amb solució de sal de la mateixa mida. Ara enrulleu tot el conjunt d'una manera que cap polsor de cartró toqui directament el paper d'alumini i la part aïllada del fil conductor surti d'un extrem de l'enrullament. Ara preneu un altre fil i fixeu la part sense aïllament del fil al paper d'alumini. Ara si connectem un diode emissor de llum de baixa potència (LED) amb aquests dos conductors (un del cartró i l'altre del alumini) i premeu l'enrullament amb els dits, el LED brillarà.
Principi de Funcionament de la Bateria d'Alumini i Aire
Com es veu a la figura de la dreta, una bateria d'alumini i aire té un càtode d'aire que pot estar fet de catalitzador basat en plata i ajuda a bloquejar que el CO2 entri a la bateria, però permet que l'O2 entri a l'electrolit. Aleshores aquest oxigen reacciona amb H2O en la solució electrolítica KOH, pren electrons de la solució i crea ions OH–. Aquests ions llavors s'associen amb l'anòd d'alumini i creen Al(OH)3 i alliberen electrons. Aquests electrons llavors flueixen des de l'anòd d'aire cap al càtode d'alumini a través del circuit extern per compensar la falta d'electrons en la solució electrolítica deguda a la reacció de reducció del càtode.
Reacció Química de la Bateria d'Alumini i Aire
Quatre àtoms d'alumini reaccionen amb 3 molècules d'oxigen i 6 molècules d'aigua i produeixen 4 hidroxides d'alumini.
Equació de la Bateria d'Alumini i Aire
L'oxidació de l'anòd (mitja reacció),
La reducció del càtode (mitja reacció),
Reacció total,
Phinergy, una coneguda companyia israeliana centrada en l'ús de bateries metàl·liques d'aire com les bateries d'alumini i aire i zinc i aire. La característica especial de les bateries metàl·liques d'aire és que agafen oxigen de l'aire ambient. La bateria d'alumini i aire té una densitat d'energia molt alta, tan alta com 300 Wh per cada lb d'alumini. La seva densitat de potència també és molt alta, al voltant de 30 Watt/lb.
Aquest tipus de bateria no es pot recarregar elèctricament. Bàsicament, això és una bateria primària. Però la dificultat de la recàrrega es pot superar mitjançant un procés de recàrrega mecànica. La recàrrega mecànica de la cel·la d'alumini i aire es fa substituint l'electrod d'alumini. En aquest procés, la bateria es pot tornar a la seva condició totalment carregada a partir d'una pila descarregada.
Gràcies a la seva alta densitat d'energia i de potència, i les facilitats de recàrrega mecànica, la bateria d'alumini i aire pot ser la millor alternativa al combustible de petroli per als vehicles en el futur proper. Aquestes bateries també tenen un impacte ambiental molt baix.
El principal inconvenient d'aquesta tecnologia és la reacció del CO2 amb l'alumini. L'alumini es veu afectat molt fàcilment per la corrosió deguda a la presència de CO2 a l'aire. Aquest problema es pot superar introduint un electròd d'aire especial que pot prevenir que el CO2 arribi a la fulla d'alumini. Phinergy ha desenvolupat un electròd d'aire amb un catalitzador basat en plata, i aquesta estructura permet que l'O2 entre a la fulla d'alumini i prevé que el CO2 hi arribi.
Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha alguna infracció contacteu per eliminar-la.
