Aluminium-luchtbatterij: Hoe werken ze?
Batterijen kunnen behoorlijk zwaar zijn. Dit nadeel voorkomt dat batterijen in veel verschillende apparaten en toepassingen gebruikt worden waar lichtgewicht cruciaal is.
Een aluminium-lucht batterij overwint dit probleem. Het gebruikt lucht als kathode, wat het gewicht aanzienlijk vermindert.
In een aluminium-lucht batterij wordt aluminium gebruikt als anode, en lucht (het zuurstof in de lucht) als kathode. Dit resulteert in een zeer hoge energiedichtheid – d.w.z. de geproduceerde energie per eenheid gewicht van de batterij – vergeleken met andere conventionele batterijen.
Ondanks dit wordt een aluminium-lucht batterij niet commercieel geproduceerd, voornamelijk vanwege de hoge productiekosten van de anode, evenals problemen met corrosie van de aluminium anode door koolstofdioxide in de lucht. Daardoor wordt deze batterij voornamelijk beperkt tot militaire toepassingen.
De hoge energiedichtheid van aluminium-lucht batterijen betekent dat ze een groot potentieel hebben om gebruikt te worden in elektrische voertuigen.
Het maken van een aluminium-lucht batterij is vrij eenvoudig – en kan gedaan worden met eenvoudige huishoudelijke artikelen. We gaan een DIY (Do It Yourself) handleiding bespreken voor het maken van een aluminium-lucht batterij.
Aluminium-Lucht Batterij Experiment
Voor het experimenteel maken hebben we nodig,
Aluminiumfolie.
Verzadigde oplossing van water en zout
Filterpapier
Fijn houtskoolpoeder.
Twee kleine stukjes elektriciteitsdraad en
Eén lichtgevende diode.
Proceduur voor het maken van een eenvoudige Aluminium-Lucht Batterij
Neem een stuk aluminiumfolie en spreid het uit op een tafel. Maak in een pot een verzadigde oplossing van water en zout. Neem een stuk filterpapier. Breng het stuk filterpapier in de verzadigde zoutoplossing. Spreid dan het natte stuk filterpapier uit over de aluminiumfolie. Strooi nu wat fijn houtskoolpoeder over het filterpapier. Na het plaatsen van een niet-geïsoleerde draadleiding in het houtskoolpoeder, bedek het met een ander stuk filterpapier van dezelfde grootte, doordrenkt met zoutoplossing. Rol nu de hele zaak zo strak mogelijk op, zodat geen houtskoolpoeder direct contact maakt met de aluminiumfolie en het geïsoleerde deel van de leiddraad aan één kant van de rol uitsteekt. Neem nu een andere draad en bevestig het niet-geïsoleerde deel van de draad aan de aluminiumfolie. Als we nu een laagwaardige lichtgevende diode (LED) verbinden met deze twee leidingen (een van het houtskool en de andere van de aluminiumfolie) en de rol met onze vingers indrukken, zal de LED gloeien.
Werking van de Aluminium-Lucht Batterij
Zoals in de figuur rechts, heeft een aluminium-lucht batterij een luchtkathode die gemaakt kan zijn van een zilvergebaseerde katalysator en deze helpt om CO2 tegen te houden om de batterij binnen te dringen, maar het laat O2 toe om in de elektrolyt te komen. Deze zuurstof reageert dan met H2O in KOH elektrolytoplossing, neemt elektronen uit de oplossing en creëert OH– ionen. Deze ionen associëren vervolgens met de Al anode en creëren Al(OH)3 en geven elektronen af. Deze elektronen stromen dan van de luchtanode naar de aluminiumkathode door het externe circuit om het gebrek aan elektronen in de elektrolytoplossing te compenseren door de reductiereactie van de kathode.
Chemische Reactie van de Aluminium-Lucht Batterij
Vier aluminiumatomen reageren met 3 zuurstofmoleculen en 6 watermoleculen en produceren 4 aluminiumhydroxiden
Aluminium-Lucht Batterij Vergelijking
De anode oxidatie (halfreactie),
De kathode reductie (halfreactie),
Totale reactie,
Phinergy, een bekend Israëlisch ontwikkelaarsbedrijf gericht op het gebruik van metaal-lucht batterijen zoals aluminium-lucht batterijen en zink-lucht batterijen. Het bijzondere van metaal-lucht batterijen is dat ze zuurstof uit de omringende lucht halen. De aluminium-lucht batterij heeft een zeer hoge energiedichtheid, namelijk 300 Wh per pond aluminium. De vermogensdichtheid is ook zeer hoog, ongeveer 30 Watt/lb.
Dit type batterij kan niet elektrisch opgeladen worden. Het is eigenlijk een primaire batterij. Maar de moeilijkheid van opladen kan overwonnen worden door een mechanisch oplaadsysteem. Mechanisch opladen van een aluminium-lucht cel gebeurt door de aluminiumelektrode te vervangen. In dit proces kan de batterij van een leeg batterijcelstack weer volledig opgeladen worden. Vanwege de hoge energie- en vermogensdichtheden, en de mogelijkheid van mechanisch opladen, is de aluminium-lucht batterij misschien de meest geschikte alternatieve brandstof voor automobielen in de nabije toekomst. Deze batterijen hebben ook een zeer lage milieu-impact.
Het belangrijkste nadeel van deze technologie is de reactie van CO2 met aluminium. Aluminium raakt heel gemakkelijk aangetast door corrosie door de aanwezigheid van CO2 in de lucht. Dit probleem kan overwonnen worden door het introduceren van een speciale luchtelektrode die CO2 kan voorkomen om de aluminium plaat te bereiken. Phinergy heeft een luchtelektrode ontwikkeld met een zilvergebaseerde katalysator, waardoor O2 de aluminium plaat kan binnengaan en CO2 buiten gehouden wordt.
Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er inbreuk is wordt verzocht om te verwijderen.
