アルミニウム空気電池：その仕組みは？
バッテリーは非常に重いことがあります。この欠点により、軽量性が重要な多くの機器や用途では、バッテリーがエネルギー源として使用されません。
アルミニウム空気バッテリーはこの問題を克服します。空気をカソードとして使用することで、重量が大幅に軽減されます。
アルミニウム空気バッテリーでは、アルミニウムがアノードとして使用され、空気（特に空気中の酸素）がカソードとして使用されます。これにより、単位重量あたりのエネルギー密度が他の一般的なバッテリーと比較して非常に高くなります。
しかし、アルミニウム空気バッテリーは主に製造コストが高いことや、空気中の二酸化炭素によるアルミニウムアノードの腐食問題があるため、商業的に生産されていません。そのため、このバッテリーの使用は主に軍事用途に限られています。
アルミニウム空気バッテリーの高いエネルギー密度は、電気自動車での使用に大きな可能性を持っています。
アルミニウム空気バッテリーの作成は非常に簡単で、家庭にある材料で行うことができます。DIY（Do It Yourself）ガイドを紹介します。
アルミニウム空気バッテリー実験
この実験を行うには以下の材料が必要です。
アルミ箔
水と塩の飽和溶液
吸水紙
細かい木炭粉
電線2本と
発光ダイオード1個
シンプルなアルミニウム空気バッテリーの作成手順
まず、アルミ箔をテーブルに広げます。鍋で水と塩の飽和溶液を作ります。吸水紙を取り、飽和塩溶液に浸します。その後、吸水紙をアルミ箔の上に広げ、その上に細かい木炭粉を撒きます。絶縁していない導線を木炭粉の上に置き、同じ大きさの飽和塩溶液に浸した吸水紙で覆います。全体を巻いて、木炭粉が直接アルミ箔に触れず、導線の絶縁部分が巻いたものの一端から出るようにします。もう一本の導線を取り、その非絶縁部分をアルミ箔に固定します。これらの2本の導線を使って低消費電力の発光ダイオード（LED）を接続し、巻いたものを指で押すと、LEDが点灯します。
アルミニウム空気バッテリーの動作原理
図のように、アルミニウム空気バッテリーには、銀基触媒で作られた空気カソードがあり、CO2の侵入を防ぎながらO2を電解質に通す役割があります。この酸素はKOH電解液中のH2Oと反応し、溶液から電子を取り、OH–イオンを作ります。これらのイオンはアルミニウムアノードと結合し、Al(OH)3を生成し、電子を放出します。これらの電子は外部回路を通じてアルミニウムカソードから空気アノードへ流れ、カソード還元反応による電解液中の電子不足を補います。
アルミニウム空気バッテリーの化学反応
4つのアルミニウム原子が3つの酸素分子と6つの水分子と反応して、4つのアルミニウムヒドロキサイドを生成します。
アルミニウム空気バッテリーの反応式
アノード酸化（半反応）：
カソード還元（半反応）：
全体の反応：
Phinergyは、アルミニウム空気バッテリーや亜鉛空気バッテリーなどの金属空気バッテリーの利用に焦点を当てたイスラエルの開発会社です。金属空気バッテリーの特長は、大気中の酸素を取り込むことです。アルミニウム空気バッテリーは非常に高いエネルギー密度を持ち、1ポンドのアルミニウムあたり300 Whに達します。また、そのパワー密度も高く、約30ワット/ポンドです。
このタイプのバッテリーは電気的に充電できません。基本的に一次バッテリーです。ただし、機械的な再充電プロセスによって再充電の困難さを克服できます。アルミニウム空気セルの機械的再充電は、アルミニウム電極の交換によって行われます。このプロセスにより、放電したバッテリーセルスタックから完全に充電された状態にすることが可能です。
高いエネルギー密度とパワー密度、そして機械的再充電の利便性により、アルミニウム空気バッテリーは近未来の自動車用燃料の最も適した代替手段となる可能性があります。これらのバッテリーはまた、非常に低い環境影響を持つという利点もあります。
この技術の主要な欠点は、アルミニウムとCO2との反応です。アルミニウムは、大気中のCO2により非常に容易に腐食されます。この問題は、CO2がアルミニウムシートに到達することを防ぐ特殊な空気電極を導入することで解決できます。Phinergyは、銀基触媒を使用した空気電極を開発し、この構造はO2がアルミニウムシートに入り、CO2が入らないようにしています。
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