Bateria aluminium-powietrzna: Jak działają?
Baterie mogą być dość ciężkie. Ta wada uniemożliwia używanie baterii jako źródła energii we wielu różnych urządzeniach i aplikacjach, gdzie niewielka waga jest kluczowa.
Bateria aluminiowo-powietrzna pokonuje ten problem. Używa powietrza jako katody, co znacznie zmniejsza jej wagę.
W baterii aluminiowo-powietrznej aluminiu używa się jako anody, a powietrze (tlen w powietrzu) jako katody. To prowadzi do bardzo wysokiej gęstości energetycznej – to znaczy ilości energii wyprodukowanej na jednostkę wagi baterii – w porównaniu do innych konwencjonalnych baterii.
Pomimo tego, bateria aluminiowo-powietrzna nie jest produkowana masowo, głównie ze względu na wysoki koszt produkcji anody, jak również problemy z korozją anody z aluminium spowodowaną dwutlenkiem węgla w powietrzu. Dlatego też użycie tej baterii ogranicza się głównie do zastosowań wojskowych.
Wysoka gęstość energetyczna baterii aluminiowo-powietrznej oznacza, że mają one duże potencjał do zastosowania w pojazdach elektrycznych.
Produkcja baterii aluminiowo-powietrznej jest dość prosta – można ją wykonać za pomocą prostych domowych materiałów. Omówimy poradnik DIY (Do It Yourself) dotyczący produkcji baterii aluminiowo-powietrznej.
Eksperyment z baterią aluminiowo-powietrzną
Aby stworzyć ten eksperyment wymagamy,
Folia aluminiowa.
Nasycone roztwory wody i soli
Papier bibułowy
Drobny pył węglowy.
Dwie małe kawałki drutów elektrycznych i
Jeden diodę emitującą światło (LED).
Procedura tworzenia prostej baterii aluminiowo-powietrznej
Weź kawałek folii aluminiowej i rozłóż go na stole. W garnku przygotuj nasycony roztwór wody i soli. Weź kawałek bibuły. Zanurz kawałek bibuły w nasyconym roztworze soli. Następnie rozłóż nasączony kawałek bibuły na folii aluminiowej. Teraz posyp drobnym pyłem węglowym bibułę. Po umieszczeniu nieizolowanego przewodu w pył węglowy, zakryj go drugim kawałkiem nasączonym roztworem soli bibuły o takiej samej wielkości. Teraz ciasno zwój całość w taki sposób, aby pył węglowy nie mógł bezpośrednio dotknąć folii aluminiowej, a izolowany fragment przewodu wyszedł z jednego końca zwijanej części. Teraz weź drugi przewód i zamocuj jego nieizolowany fragment do folii aluminiowej. Teraz, jeśli podłączymy niskonapiętą diodę emitującą światło (LED) (LED) z tymi dwoma przewodami (jeden od węgla, drugi od folii aluminiowej) i naciśniemy zwój palcami, LED zaiskrzy.
Princip działania baterii aluminiowo-powietrznej
Jak pokazano na rysunku po prawej, bateria aluminiowo-powietrzna ma katodę powietrzną, która może być wykonana z katalizatora srebrnego i pomaga zablokować CO2, aby nie dostał się do baterii, ale pozwala O2 wejść do elektrolitu. Następnie ten tlen reaguje z H2O w roztworze elektrolitu KOH, pobiera elektrony z roztworu i tworzy jony OH–. Te jony następnie wiążą się z anodą z aluminium i tworzą Al(OH)3 i uwalniają elektrony. Te elektrony następnie płyną z anody powietrznej do katody z aluminium przez obwód zewnętrzny, kompensując brak elektronów w roztworze elektrolitu wynikający z reakcji redukcyjnej katody.
Reakcja chemiczna baterii aluminiowo-powietrznej
Cztery atomy aluminium reagują z 3 cząsteczkami tlenu i 6 cząsteczkami wody, tworząc 4 aluminowe hydroksydy
Równanie baterii aluminiowo-powietrznej
Oksydacja anody (półreakcja),
Redukcja katody (półreakcja),
Całkowita reakcja,
Phinergy, znany izraelski deweloper skupiający się na wykorzystaniu metalowo-powietrznych baterii, takich jak bateria aluminiowo-powietrzna i bateria cynkowo-powietrzna. Specjalnością metalowo-powietrznej baterii jest to, że pobierają tlen z otoczenia. Bateria aluminiowo-powietrzna ma bardzo wysoką gęstość energetyczną, wynoszącą nawet 300 Wh na funt aluminium. Jej gęstość mocy jest również bardzo wysoka, około 30 Watt/lb.
Ten typ baterii nie może być ładowany elektrycznie. Jest to zasadniczo bateria pierwotna. Jednak trudności związane z ładowaniem można przezwyciężyć procesem mechanicznego ładowania. Mechaniczne ładowanie baterii aluminiowo-powietrznej odbywa się poprzez wymianę elektrody z aluminium. W tym procesie, bateria może być przywrócona do pełnego stanu naładowania z rozładowanej baterii.
Z powodu wysokich gęstości energii i mocy, możliwości mechanicznego ładowania, bateria aluminiowo-powietrzna może być najbardziej odpowiednią alternatywą dla paliw ropopochodnych w przyszłości. Te baterie mają również bardzo niski wpływ na środowisko.
Główną wadą tej technologii jest reakcja CO2 z aluminium. Aluminium bardzo łatwo ulega korozji w obecności CO2 w powietrzu. Ten problem można przezwyciężyć wprowadzając specjalną katodę powietrzną, która zapobiega dostaniu się CO2 do blaszki aluminium. Phinergy opracowała katodę powietrzną opartą na katalizatorze srebrnym, który pozwala O2 wejść do blaszki aluminium i zapobiega dostaniu się CO2.
Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępnienia, w przypadku naruszenia praw autorskich proszę o kontakt w celu usunięcia.
