Batería de Aluminio-Aire: ¿Cómo Funcionan?
Baterías pueden ser bastante pesadas. Esta desventaja impide que las baterías sean una fuente de energía en muchos electrodomésticos y aplicaciones donde es crucial ser ligero.
Una batería de aluminio y aire supera este problema. Utiliza el aire como cátodo, reduciendo significativamente su peso.
En una batería de aluminio y aire, se utiliza aluminio como ánodo, y el aire (el oxígeno del aire) como cátodo. Esto resulta en una densidad de energía - es decir, la energía producida por unidad de peso de la batería - muy alta en comparación con otras baterías convencionales.
A pesar de esto, una batería de aluminio y aire no se produce comercialmente, principalmente debido al alto costo de producción del ánodo, así como a problemas de corrosión del ánodo de aluminio debido al dióxido de carbono en el aire. Debido a esto, el uso de esta batería está restringido principalmente a aplicaciones militares.
La alta densidad de energía de la batería de aluminio y aire significa que tienen un gran potencial para ser utilizadas en vehículos eléctricos.
Hacer una batería de aluminio y aire es bastante simple - y puede hacerse utilizando artículos domésticos sencillos. Repasaremos una guía DIY (Hazlo Tú Mismo) para hacer una batería de aluminio y aire.
Experimento de Batería de Aluminio y Aire
Para crear este experimento necesitamos,
Foil de aluminio.
Solución saturada de agua y sal
Papel absorbente
Polvo fino de carbón.
Dos pequeños trozos de cables eléctricos y
Un diodo emisor de luz.
Procedimiento para Hacer una Batería Simple de Aluminio y Aire
Solo toma un trozo de foil de aluminio y extiéndelo sobre una mesa. En un recipiente, haz una solución saturada de agua y sal. Toma un trozo de papel absorbente. Satura el trozo de papel absorbente con la solución de sal. Luego, coloca el trozo de papel absorbente empapado sobre el foil de aluminio. Ahora, pon algo de polvo fino de carbón sobre el papel absorbente. Después de colocar un cable conductor no aislado en el polvo de carbón, cúbrelo con otro trozo de papel absorbente empapado de la misma solución de sal. Luego, enrolla todo firmemente de tal manera que el polvo de carbón no toque directamente el foil de aluminio y la parte aislada del cable conductor salga de un extremo del rollo. Ahora, toma otro cable y fija la parte no aislada del cable al foil de aluminio. Si conectamos un diodo emisor de luz de bajo consumo (LED) con estos dos conductores (uno del carbón y otro del aluminio) y presionamos el rollo con nuestros dedos, el LED brillará.
Principio de Funcionamiento de la Batería de Aluminio y Aire
Como se muestra en la figura, una batería de aluminio y aire tiene un cátodo de aire que puede estar hecho de un catalizador a base de plata y ayuda a bloquear el CO2 para que no entre en la batería, pero permite que el O2 entre en el electrolito. Luego, este oxígeno reacciona con H2O en la solución electrolítica de KOH, toma electrones de la solución y crea iones OH–. Estos iones luego se asocian con el ánodo de aluminio y crean Al(OH)3 y liberan electrones. Estos electrones luego fluyen hacia el cátodo de aire desde el ánodo de aluminio a través del circuito externo para compensar la falta de electrones en la solución electrolítica debido a la reacción de reducción en el cátodo.
Reacción Química de la Batería de Aluminio y Aire
Cuatro átomos de aluminio reaccionan con 3 moléculas de oxígeno y 6 moléculas de agua y producen 4 hidróxidos de aluminio.
Ecuación de la Batería de Aluminio y Aire
La oxidación del ánodo (semireacción),
La reducción del cátodo (semireacción),
Reacción total,
Phinergy, una conocida empresa desarrolladora israelí, se enfoca en la utilización de baterías metálico-aire, como la batería de aluminio y aire y la batería de zinc y aire. La especialidad de las baterías metálico-aire es que toman oxígeno del aire ambiente. La batería de aluminio y aire tiene una densidad de energía muy alta, llegando a 300 Wh por libra de aluminio. Su densidad de potencia también es muy alta, alrededor de 30 W/lb.
Este tipo de batería no puede recargarse eléctricamente. Básicamente, es una batería primaria. Sin embargo, la dificultad de recarga puede superarse mediante un proceso de recarga mecánica. La recarga mecánica de la célula de aluminio y aire se realiza reemplazando el electrodo de aluminio. En este proceso, la batería puede volver a su estado completamente cargado a partir de una pila de celdas descargadas. Debido a sus altas densidades de energía y potencia, y a las facilidades de recarga mecánica, la batería de aluminio y aire puede ser la alternativa más adecuada al combustible de petróleo para automóviles en el futuro cercano. Estas baterías también tienen un impacto ambiental muy bajo.
La principal desventaja de esta tecnología es la reacción del CO2 con el aluminio. El aluminio se ve muy fácilmente afectado por la corrosión debido a la presencia de CO2 en el aire. Este problema puede superarse introduciendo un electrodo de aire especial que pueda evitar que el CO2 llegue a la hoja de aluminio. Phinergy ha desarrollado un electrodo de aire con un catalizador a base de plata, y esta estructura permite que el O2 entre en la hoja de aluminio y previene que el CO2 entre.
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