תא אלומיניום אוויר: איך הם פועלים
בטריות יכולות להיות קשות מאוד. חיסרון זה מונע מהבטריות לשמש כמקור אנרגיה במגוון רחב של מכשירים ומשימות שבהן משקל נמוך הוא קריטי.
בטריית אלומיניום אוויר פותרת בעיה זו. היא משתמשת באוויר כתא קתודה, מה שפוחת משמעותית משקלה.
בבטריית אלומיניום אוויר, אלומיניום משמש כתא אנודה, ואוויר (החמצן באוויר) משמש כתא קתודה. הדבר מוביל לאנרגיה ספציפית גבוהה מאוד – כלומר, האנרגיה המופקת לכל יחידת משקל של הבטריה – בהשוואה לבטריות קונבנציונליות אחרות.
למרות זאת, בטריית אלומיניום אוויר אינה מיוצרת מסחרית, בעיקר בשל עלויות הייצור הגבוהות של התא האנודה, כמו גם בעיות עם הרס התא האנודה עקב פחמן דו-חמצני באוויר. כתוצאה מכך, השימוש בבטריה זו מוגבל בעיקר ליישומים צבאיים.
האנרגיה הספציפית הגבוהה של בטריית אלומיניום אוויר אומרת שיש לה פוטנציאל גבוה לשימוש ברכבי חשמל.
יצירת בטריית אלומיניום אוויר פשוטה מאוד – וניתנת לביצוע באמצעות פריטים יומיומיים פשוטים. נציג מדריך DIY (Do It Yourself) ליצירת בטריית אלומיניום אוויר.
ניסוי בטריית אלומיניום אוויר
כדי ליצור את הניסוי באופן ניסיוני, אנו צריכים,
נייר אלומיניום.
תמיסה רוויה של מלח ומים
נייר ספוג
אבקת פחם עדינה.
שני חלקים קטנים של חוטים חשמליים ו
דiod נור מאיר אחד.
שיטה ליצירת בטריית אלומיניום אוויר פשוטה
קחו חלק של נייר אלומיניום ופרושו אותו על השולחן. בסיר הכינו תמיסה רוויה של מלח ומים. קחו חלק של נייר ספוג. טבולו את הנייר הספוג בתמיסת המלח הרוויה.
לאחר מכן פרשו את הנייר הספוג המטובל מעל נייר האלומיניום. עכשיו שימו קצת אבקת פחם עדינה מעל הנייר הספוג. לאחר שמצבים חוט חשמלי בלתי מבודד באבקת הפחם, כיסו אותו עם חלק נוסף של נייר ספוג מטובל בתמיסת מלח באותו גודל. עכשיו צרטו את כל הדבר בצורה חזקה כך שאבקת הפחם לא תגיע ישירות לנייר האלומיניום והחלק המבודד של החוט יגיע מהקצה של הצרירה. עכשיו קחו חוט נוסף וקשורו את החלק הבלתי מבודד שלו לנייר האלומיניום. עכשיו אם נחבר LED בעל עוצמה נמוכה נור מאיר (LED) עם שני החוטים הללו (אחד מהפחם והשני מהאלומיניום) ונלחץ את הצרירה עם אצבעותינו, ה-LED יאיר.
עקרון פעולה של בטריית אלומיניום אוויר
כמו שנראה בציור, בטריית אלומיניום אוויר כוללת תא קתודה של אוויר עשוי מקטליסט מבוסס כסף והוא עוזר למנוע מ-CO2 להיכנס לתוך הבטריה אך מאפשר ל-O2 להיכנס לתמיסת האלקטרוליט. אז החמצן מגיב עם H2O בתמיסת KOH האלקטרוליטית לוקח אלקטרונים מהתמיסה ויוצר IONS OH–. אלה אז מתאספים עם תא האנודה של האלומיניום ויוצרים Al(OH)3 ומשחררים אלקטרונים. האלקטרונים הללו זורמים אז לתא הקתודה מהתא האנודה דרך המעגל החיצוני כדי לפצות על חוסר האלקטרונים בתמיסת האלקטרוליט עקב תגובת הרדוקציה של הקתודה.
תגובה כימית של בטריית אלומיניום אוויר
ארבעה אטומים של אלומיניום מגיבים עם שלושה מולקולות של חמצן ושישה מולקולות של מים ומייצרים ארבעה הידרוקסידים של אלומיניום
משוואת בטריית אלומיניום אוויר
תגובת האנודה (חצי תגובה),
תגובת הקתודה (חצי תגובה),
תגובה כללית,
Phinergy, חברת מפתח ישראלית הממוקדת בשימוש בבטריות ממתכת אוויר כגון בטריית אלומיניום אוויר ובטריית צינק אוויר. המאפיין המיוחד של בטריות ממתכת אוויר הוא שהם משלבים חמצן מהאוויר הסביבתי. בטריית אלומיניום אוויר יש לה אנרגיה ספציפית מאוד גבוהה, היא מגיעה עד 300 וואט-שעה לכל קילוגרם של אלומיניום. צפיפות הכוח שלה היא גם מאוד גבוהה, בערך 30 וואט לקילוגרם.
סוג זה של בטריה אינו ניתן לטעינה חשמלית. זהו בעצם בטריה ראשונית. אבל את הקושי של הטעינה ניתן להתגבר עליו באמצעות תהליך טעינה מכני. טעינת מכנית של תא אלומיניום אוויר מתבצעת על ידי החלפת תא האנודה. בתהליך זה, הבטריה יכולה לחזור למצב טעינה מלאה מערימה של תאים מבוטלים.
בגלל צפיפות האנרגיה והכוח הגבוהה שלה, אפשרויות הטעינה המכנית, בטריית אלומיניום אוויר היא אולי האלטרנטיבה המתאימה ביותר לדלק נפט עבור רכב בעתיד הקרוב. הבטריות הללו גם יש להן השפעה סביבתית נמוכה מאוד.
החסרה העיקרית בטכנולוגיה זו היא, תגובת CO2 עם האלומיניום. האלומיניום מתכווץ בקלות מאוד בגלל הימצאות CO2 באוויר. ניתן להתגבר על בעיה זו על ידי הוספת אלקטרודה אוויר מיוחדת שיכולה למנוע מ-CO2 להגיע לעבר הגליון האלומיניום. Phinergy פיתחה אלקטרודה אווירית עם קטליסט מבוסס כסף ומבנה זה מאפשר ל-O2 להיכנס לגליון האלומיניום ומונע מ-CO2 להיכנס.
הצהרה: כבוד למקור, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, אם יש פגיעה בזכויות מחבר נא לצרף מחיקה.
