Hliníková vzduchová baterie: Jak fungují?
Baterie mohou být docela těžké. Tento nedostatek brání bateriím v použití jako zdroj energie v mnoha různých přístrojích a aplikacích, kde je lehkost klíčová.
Aluminiová vzduchová baterie tento problém překonává. Používá vzduch jako katodu, což výrazně snižuje její hmotnost.
V aluminiové vzduchové baterii se jako anoda používá hliník a vzduch (kyslík ve vzduchu) jako katoda. To vede k tomu, že energie vyprodukovaná na jednotku hmotnosti baterie je velmi vysoká v porovnání s jinými konvenčními bateriemi.
Přesto není aluminiová vzduchová baterie komerčně vyráběna, hlavně kvůli vysokým nákladům na výrobu anody a problémům s korozí hliníkové anody způsobenou oxidem uhličitým ve vzduchu. Proto je použití této baterie omezeno především na vojenské aplikace.
Vysoká energie na jednotku hmotnosti u aluminiové vzduchové baterie znamená, že mají vysoký potenciál pro použití v elektrických vozidlech.
Výroba aluminiové vzduchové baterie je poměrně jednoduchá – a lze ji provést pomocí běžných domácích předmětů. Projdeme si průvodce DIY (Do It Yourself) pro výrobu aluminiové vzduchové baterie.
Experiment s aluminiovou vzduchovou baterií
Pro provedení tohoto experimentu potřebujeme:
Hliníkový foliový papír.
Nasyčené roztok soli a vody
Papírové filtry
Jemný uhlíkový prach.
Dva malé kusy elektrického drátu a
Jeden svítivý diod.
Postup výroby jednoduché aluminiové vzduchové baterie
Vezměte si kus hliníkového foliového papíru a rozložte ho na stůl. V hrnci připravte nasyčený roztok soli a vody. Vezměte kus papírového filtru. Nasákněte kus papírového filtru nasyčeným roztokem soli. Poté rozložte nasáklý kus papírového filtru na hliníkový foliový papír. Teď přidejte jemný uhlíkový prach na papírový filtr. Po umístění neizolovaného drátu do uhlíkového prachu, pokračujte dalším kusem nasáklého papírového filtru stejné velikosti. Nyní pevně zabalte celou věc tak, aby uhlíkový prach nepřicházel do přímého kontaktu s hliníkovým foliovým papírem a izolovaná část drátu byla venku na jednom konci balení. Nyní vezměte další drát a připevněte neizolovanou část drátu k hliníkovému foliovému papíru. Pokud teď připojíme nízko výkonový svítivý diod (LED) s těmito dvěma vedlejšími vodiči (jeden od uhlíku a druhý od hliníku) a stiskneme balení prsty, LED začne svítit.
Princip fungování aluminiové vzduchové baterie
Jak je znázorněno na obrázku vpravo, má aluminiová vzduchová baterie katodu ze vzduchu, která může být vyrobena z stříbrného katalyzátoru a pomáhá blokovat CO2, aby pronikl do baterie, ale umožňuje O2 proniknout do elektrolytu. Poté reaguje tento kyslík s H2O v KOH elektrolytickém roztoku, bere elektrony z roztoku a vytváří OH– ionty. Tyto ionty pak reagují s hliníkovou anodou a vytváří Al(OH)3 a uvolňují elektrony. Tyto elektrony pak proudí z vzduchové katody k hliníkové anodě přes externí obvod, aby kompenzovaly nedostatek elektronů v elektrolytickém roztoku způsobený redukční reakcí katody.
Chemická reakce aluminiové vzduchové baterie
Čtyři atomy hliníku reagují s třemi molekulami kyslíku a šesti molekulami vody a produkuje čtyři hydroxidy hliníku
Rovnice alumini
