باتری آلومینیوم هوا: چگونه کار می‌کنند

باتری‌ها می‌توانند بسیار سنگین باشند. این نقص مانع استفاده از باتری‌ها به عنوان منبع انرژی در بسیاری از دستگاه‌ها و کاربردهای مختلف می‌شود که در آن‌ها وزن سبک بسیار مهم است.

یک باتری آلومینیوم-هوا این مشکل را حل می‌کند. این باتری از هوا به عنوان کاتد استفاده می‌کند که به طور قابل توجهی وزن آن را کاهش می‌دهد.

در یک باتری آلومینیوم-هوا، آلومینیوم به عنوان آند و هوا (اکسیژن موجود در هوا) به عنوان کاتد استفاده می‌شود. این باعث می‌شود که چگالی انرژی - یعنی انرژی تولید شده بر واحد وزن باتری - بسیار بالاتر از باتری‌های معمولی دیگر باشد.

با این حال، یک باتری آلومینیوم-هوا به صورت تجاری تولید نمی‌شود، عمدتاً به دلیل هزینه تولید بالای آند و همچنین مشکلات فرسودگی آلومینیوم آند به دلیل دی‌اکسید کربن موجود در هوا. به همین دلیل، استفاده از این باتری به کاربردهای نظامی محدود می‌شود.

چگالی انرژی بالای باتری آلومینیوم-هوا به معنای پتانسیل بالای استفاده از آن در خودروهای الکتریکی است.

ساخت یک باتری آلومینیوم-هوا بسیار ساده است - و می‌توان آن را با استفاده از اقلام خانگی ساده ساخت. ما یک راهنمای خودساخت (DIY) برای ساخت یک باتری آلومینیوم-هوا را مرور خواهیم کرد.

آزمایش باتری آلومینیوم-هوا

برای انجام این آزمایش به صورت تجربی نیاز داریم،

1. فولیو آلومینیوم.

2. محلول اشباع شده آب و نمک

3. کاغذ جاذب

4. پودر زغال خرد

5. دو قطعه کوچک سیم الکتریکی و

6. یک دیود نوری.

روند ساخت یک باتری آلومینیوم-هوا ساده

فقط یک قطعه فولیو آلومینیوم بگیرید و آن را روی میز بگسترانید. در یک ظرف محلول اشباع شده آب و نمک بسازید. یک قطعه کاغذ جاذب بگیرید. قطعه کاغذ جاذب را با محلول اشباع شده نمک خیس کنید.
سپس قطعه کاغذ جاذب خیس را روی فولیو آلومینیوم بگسترانید. حالا مقداری پودر زغال خرد روی کاغذ جاذب بگذارید. بعد از قرار دادن یک سیم رهگذر غیر yalıtkanlı در پودر زغال، آن را با یک قطعه کاغذ جاذب خیس شده با محلول نمک هم اندازه پوشانید. حالا کل چیز را به گونه‌ای تنگ تنگ بغلتانید که پودر زغال مستقیماً با فولیو آلومینیوم تماس نگیرد و بخش yalıtkanlı سیم رهگذر از یک طرف گلوله بیرون بیاید. حالا یک سیم دیگر بگیرید و بخش غیر yalıtkanlı آن را به فولیو آلومینیوم متصل کنید. حالا اگر یک دیود نوری با مصرف پایین LED را با این دو سیم (یکی از زغال و دیگری از آلومینیوم) وصل کنیم و گلوله را با انگشتان فشار دهیم، LED روشن خواهد شد. 

اصول کاری باتری آلومینیوم-هوا

همانطور که در شکل سمت راست دیده می‌شود، یک باتری آلومینیوم-هوا دارای کاتد هوا است که ممکن است از کاتالیست مبتنی بر نقره ساخته شده باشد و این کاتالیست به مسدود کردن CO2 برای ورود به باتری کمک می‌کند اما O2 را به الکترولیت می‌گذارد. سپس این اکسیژن با H2O در محلول الکترولیت KOH واکنش نشان می‌دهد و الکترون‌ها را از محلول می‌گیرد و یون‌های OH– را ایجاد می‌کند. این یون‌ها سپس با آند آلومینیوم ترکیب می‌شوند و Al(OH)3 را ایجاد می‌کنند و الکترون‌ها را آزاد می‌کنند. این الکترون‌ها سپس از طریق مدار خارجی از آند آلومینیوم به کاتد هوا حرکت می‌کنند تا کمبود الکترون‌ها در محلول الکترولیت به دلیل واکنش کاهشی کاتدی جبران شود.

واکنش شیمیایی باتری آلومینیوم-هوا

چهار اتم آلومینیوم با سه مولکول اکسیژن و شش مولکول آب واکنش نشان می‌دهند و چهار هیدروکسید آلومینیوم تولید می‌کنند

معادله باتری آلومینیوم-هوا

اکسیداسیون آند (نیم واکنش)،

کاهش کاتد (نیم واکنش)،

واکنش کلی،

Phinergy، یک شرکت توسعه دهنده مشهور اسرائیلی که بر استفاده از باتری‌های فلز-هوا مانند باتری آلومینیوم-هوا و باتری روی-هوا تمرکز دارد. ویژگی باتری فلز-هوا این است که از اکسیژن محیطی استفاده می‌کنند. باتری آلومینیوم-هوا دارای چگالی انرژی بسیار بالا است، به اندازه ۳۰۰ وات ساعت برای هر پوند آلومینیوم. چگالی توان آن نیز بسیار بالا است، حدود ۳۰ وات بر پوند.

این نوع باتری نمی‌تواند به صورت الکتریکی شارژ شود. عملاً این یک باتری اولیه است. اما مشکل شارژ نشدن می‌تواند با فرآیند شارژ مکانیکی حل شود. شارژ مکانیکی سلول آلومینیوم-هوا با جایگزینی الکترود آلومینیوم انجام می‌شود. در این فرآیند، باتری می‌تواند از حالت خالی شده به حالت کاملاً شارژ شده تبدیل شود.
به دلیل چگالی انرژی و توان بالا و امکان شارژ مکانیکی، باتری آلومینیوم-هوا ممکن است به عنوان جایگزین مناسبی برای سوخت نفتی در خودروها در آینده نزدیک باشد. این باتری‌ها نیز دارای تأثیرات زیست‌محیطی بسیار کمی هستند.

نکته اصلی ضعف این تکنولوژی این است که واکنش CO2 با آلومینیوم. آلومینیوم به سادگی تحت تأثیر فرسودگی به دلیل وجود CO2 در هوا قرار می‌گیرد. این مشکل می‌تواند با معرفی یک الکترود هوا خاص که می‌تواند CO2 را از رسیدن به صفحه آلومینیوم ممانعت کند حل شود. Phinergy یک الکترود هوا با کاتالیست مبتنی بر نقره توسعه داده است که این ساختار اجازه می‌دهد O2 به داخل صفحه آلومینیوم وارد شود و CO2 را از ورود به آن ممانعت کند.

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، اگر تخلف حقوقی وجود دارد لطفاً با ما تماس بگیرید تا حذف شود.