Bateria de Alumínio e Ar: Como Elas Funcionam?
Baterias podem ser bastante pesadas. Esta desvantagem impede que as baterias sejam uma fonte de energia em muitos diferentes aparelhos e aplicações onde ser leve é crucial.
Uma bateria de alumínio-ar supera esse problema. Ela usa o ar como catodo, reduzindo significativamente seu peso.
Em uma bateria de alumínio-ar, o alumínio é usado como ânodo, e o ar (o oxigênio no ar) é usado como catodo. Isso resulta em uma densidade de energia – ou seja, energia produzida por unidade de peso da bateria – muito alta em comparação com outras baterias convencionais.
Apesar disso, uma bateria de alumínio-ar não é produzida comercialmente, principalmente devido ao alto custo de produção do ânodo, bem como problemas de corrosão do ânodo de alumínio devido ao dióxido de carbono no ar. Devido a isso, o uso dessa bateria é restrito principalmente a aplicações militares.
A alta densidade de energia das baterias de alumínio-ar significa que elas têm um grande potencial para serem usadas em veículos elétricos.
Fazer uma bateria de alumínio-ar é bastante simples – e pode ser feito usando itens domésticos. Vamos passar por um guia DIY (Faça Você Mesmo) para fazer uma bateria de alumínio-ar.
Experimento com Bateria de Alumínio-Ar
Para criar este experimento, precisamos de,
Folha de alumínio.
Solução saturada de água e sal
Papel de papelão
Pó fino de carvão.
Dois pequenos pedaços de fios elétricos e
Um diodo emissor de luz.
Procedimento para Fazer uma Bateria de Alumínio-Ar Simples
Basta pegar um pedaço de folha de alumínio e espalhá-lo sobre uma mesa. Em uma panela, faça uma solução saturada de água e sal. Pegue um pedaço de papel de papelão. Molhe o pedaço de papel de papelão na solução saturada de sal. Em seguida, coloque o pedaço de papel de papelão molhado sobre a folha de alumínio. Agora, coloque um pouco de pó fino de carvão sobre o papel de papelão. Depois de colocar um fio condutor não isolado no pó de carvão, cubra-o com outro pedaço de papel de papelão molhado na solução de sal do mesmo tamanho. Agora, enrole o conjunto de forma que o pó de carvão não toque diretamente a folha de alumínio e a parte isolada do fio condutor saia de uma extremidade do rolo. Agora, pegue outro fio e fixe a parte não isolada do fio à folha de alumínio. Agora, se conectarmos um diodo emissor de luz de baixa potência (LED) com esses dois fios (um do carvão e outro do alumínio) e pressionarmos o rolo com nossos dedos, o LED brilhará.
Princípio de Funcionamento da Bateria de Alumínio-Ar
Como mostrado na figura à direita, uma bateria de alumínio-ar tem um catodo de ar que pode ser feito de catalisador baseado em prata e ajuda a bloquear o CO2 de entrar na bateria, mas permite que O2 entre no eletrólito. Então, este oxigênio reage com H2O na solução eletrólita KOH, toma elétrons da solução e cria íons OH–. Estes íons então se associam com o ânodo de alumínio e criam Al(OH)3 e liberam elétrons. Esses elétrons então fluem do ânodo de ar para o catodo de alumínio através do circuito externo para compensar a falta de elétrons na solução eletrólita devido à reação de redução do catodo.
Reação Química da Bateria de Alumínio-Ar
Quatro átomos de alumínio reagem com 3 moléculas de oxigênio e 6 moléculas de água e produzem 4 hidróxidos de alumínio.
Equação da Bateria de Alumínio-Ar
A oxidação do ânodo (meia-reação),
A redução do catodo (meia-reação),
Reação total,
Phinergy, uma conhecida empresa israelense de desenvolvimento focada na utilização de baterias de metal-ar, como a bateria de alumínio-ar e a bateria de zinco-ar. A especialidade da bateria de metal-ar é que ela tira oxigênio do ar ambiente. A bateria de alumínio-ar tem uma densidade de energia muito alta, chegando a 300 Wh por libra de alumínio. Sua densidade de potência também é muito alta, cerca de 30 Watt/lb.
Este tipo de bateria não pode ser recarregada eletricamente. Basicamente, esta é uma bateria primária. Mas a dificuldade de recarga pode ser superada por um processo de recarga mecânica. A recarga mecânica da célula de alumínio-ar é feita substituindo o eletrodo de alumínio. Nesse processo, a bateria pode ser retornada a sua condição totalmente carregada a partir de uma pilha de células descarregadas. Devido às suas altas densidades de energia e potência, facilidades de recarga mecânica, a bateria de alumínio-ar pode ser a alternativa mais adequada para o combustível de petróleo nos automóveis no futuro próximo. Essas baterias também têm um impacto ambiental muito baixo.
A principal desvantagem desta tecnologia é a reação do CO2 com o alumínio. O alumínio é muito facilmente afetado pela corrosão devido à presença de CO2 no ar. Este problema pode ser superado introduzindo um eletrodo de ar especial que pode impedir o CO2 de chegar à folha de alumínio. A Phinergy desenvolveu um eletrodo de ar com catalisador baseado em prata, e essa estrutura permite que O2 entre na folha de alumínio e impede que CO2 entre.
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