Αλουμινίου Αεριού Μπαταρία: Πώς Λειτουργούν;
Μπαταρίες μπορεί να είναι αρκετά βαριές. Αυτό το μειονέκτημα προσβάλλει στη χρήση των μπαταριών ως πηγή ενέργειας σε πολλά διαφορετικά οικιακά συσκευασματα και εφαρμογές όπου η ελαφρύτητα είναι κρίσιμη.
Μια μπαταρία αλουμινίου-αέρα ξεπερνά αυτό το ζήτημα. Χρησιμοποιεί τον αέρα ως κάθοδο, μειώνοντας σημαντικά το βάρος της.
Σε μια μπαταρία αλουμινίου-αέρα, το αλουμίνι χρησιμοποιείται ως ανόδος, ενώ ο αέρας (ο οξυγόνος του αέρα) ως κάθοδος. Αυτό αποτελεί σε μεγάλη συγκέντρωση ενέργειας - δηλαδή, ενέργεια που παράγεται ανά μονάδα βάρους της μπαταρίας - σε σύγκριση με άλλες συμβατικές μπαταρίες.
Παρ' όλα αυτά, η μπαταρία αλουμινίου-αέρα δεν παράγεται εμπορικά, κυρίως λόγω του υψηλού κόστους παραγωγής της ανόδου, καθώς και λόγω προβλημάτων κατάχνευσης της ανόδου αλουμινίου λόγω του διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα. Για αυτό το λόγο, η χρήση αυτής της μπαταρίας περιορίζεται κυρίως σε στρατιωτικές εφαρμογές.
Η υψηλή συγκέντρωση ενέργειας της μπαταρίας αλουμινίου-αέρα σημαίνει ότι έχει μεγάλο δυναμικό χρήσης σε ηλεκτρικά οχήματα.
Η κατασκευή μιας μπαταρίας αλουμινίου-αέρα είναι αρκετά απλή - και μπορεί να γίνει με απλά οικιακά είδη. Θα εξετάσουμε ένα DIY (Do It Yourself) οδηγό για την κατασκευή μιας μπαταρίας αλουμινίου-αέρα.
Επίδειξη Μπαταρίας Αλουμινίου-Αέρα
Για την πειραματική κατασκευή αυτής, απαιτούνται,
Φόλιο αλουμινίου.
Υπερηχημένη λύση νερού και αλάτι
Χαρτί φυσαλίδας
Ψιλή σκόνη ανθρακών.
Δύο μικρά κομμάτια ηλεκτρικών καλών και
Ένα διόδο εκπομπής φωτός.
Διαδικασία Κατασκευής Απλής Μπαταρίας Αλουμινίου-Αέρα
Πάρτε ένα κομμάτι φόλιου αλουμινίου και επεκτείνετε το σε ένα τραπέζι. Σε ένα τενεκέ φτιάξτε μια υπερηχημένη λύση νερού και αλάτι. Πάρτε ένα κομμάτι χαρτί φυσαλίδας. Βουτήξτε το κομμάτι χαρτί φυσαλίδας στην υπερηχημένη λύση αλάτι. Στη συνέχεια, επεκτείνετε το μολυσμένο κομμάτι χαρτί φυσαλίδας πάνω στο φόλιο αλουμινίου. Τώρα ρίξτε μια λίγη σκόνη ανθρακών πάνω στο χαρτί φυσαλίδας. Μετά το τοποθέτησμα ενός ηλεκτρικού καλού στη σκόνη ανθρακών, καλύψτε το με ένα άλλο κομμάτι χαρτί φυσαλίδας που έχει μολυστεί με την υπερηχημένη λύση αλάτι. Τώρα τυλίξτε στενά το σύνολο τέτοια ώστε η σκόνη ανθρακών να μην έρθει σε άμεση επαφή με το φόλιο αλουμινίου και το επιμηκυνόμενο μέρος του καλού να βγει από το ένα άκρο του τυλίγματος. Τώρα πάρτε ένα άλλο κάλο και τοποθετήστε το μη επιμηκυνόμενο μέρος του καλού στο φόλιο αλουμινίου. Τώρα, αν συνδέσουμε ένα φωτεινό διόδιο χαμηλής ισχύος (LED) με αυτά τα δύο καλά (ένα από τους ανθράκες και ένα από το αλουμίνιο) και πιέσουμε το τυλίγμα με τα δάχτυλα, το LED θα φωτίσει.
Λειτουργία Μπαταρίας Αλουμινίου-Αέρα
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα δεξιά, μια μπαταρία αλουμινίου-αέρα έχει κάθοδο αέρα που μπορεί να κατασκευαστεί από καταλύτη με βάση το αργυρό και βοηθά να εμποδίσει το CO2 να εισέλθει στη μπαταρία, αλλά επιτρέπει το O2 να εισέλθει στο ηλεκτρολύτη. Στη συνέχεια, αυτό το οξυγόνο αντιδρά με H2O στη λύση ηλεκτρολύτη KOH, παίρνει ηλεκτρόνια από τη λύση και δημιουργεί ιόντα OH–. Αυτά τα ιόντα στη συνέχεια συνδέονται με την ανόδο Al και δημιουργούν Al(OH)3 και απελευθερώνουν ηλεκτρόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια ρέουν από την κάθοδο αέρα προς την ανόδο αλουμινίου μέσω του εξωτερικού κύκλου για την αντιστάθμιση της έλλειψης ηλεκτρονίων στη λύση ηλεκτρολύτη λόγω της αντίδρασης αποκατάστασης της κάθοδου.
Χημική Αντίδραση Μπαταρίας Αλουμινίου-Αέρα
Τέσσερα ατόμια αλουμινίου αντιδρούν με τρία μόρια οξυγόνου και έξι μόρια νερού και παράγουν τέσσερα υδροξειδιούχα αλουμινίου
Εξίσωση Μπαταρίας Αλουμινίου-Αέρα
Η οξείδωση της ανόδου (μισή αντίδραση),
Η αποκατάσταση της κάθοδου (μισή αντίδραση),
Συνολική αντίδραση,
Η Phinergy, μια γνωστή ισραηλινή εταιρεία ανάπτυξης, εστιάζει στην αξιοποίηση μεταλλικών μπαταριών αέρα, όπως η μπαταρία αλουμινίου-αέρα και η μπαταρία ζινκ-αέρα. Το εξαίρετο χαρακτηριστικό των μεταλλικών μπαταριών αέρα είναι ότι παίρνουν οξυγόνο από το περιβαλλόν. Η μπαταρία αλουμινίου-αέρα έχει πολύ υψηλή συγκέντρωση ενέργειας, της τάξης 300 Wh ανά λίβρα αλουμινίου. Η συγκέντρωση ισχύος είναι επίσης πολύ υψηλή, περίπου 30 Watt/λίβρα.
Αυτό το είδος μπαταρίας δεν μπορε
