Алюминиево-воздушный аккумулятор: Как они работают?
Батареи могут быть довольно тяжелыми. Этот недостаток препятствует использованию батарей в качестве источника энергии во многих различных приборах и применениях, где легкость является критически важной.
Алюминиево-воздушная батарея преодолевает эту проблему. Она использует воздух в качестве катода, что значительно снижает ее вес.
В алюминиево-воздушной батарее алюминий используется в качестве анода, а воздух (кислород в воздухе) — в качестве катода. Это приводит к очень высокой энергетической плотности — то есть энергии, вырабатываемой на единицу веса батареи, по сравнению с другими традиционными батареями.
Несмотря на это, алюминиево-воздушные батареи не производятся в коммерческих масштабах, главным образом из-за высоких затрат на производство анода, а также из-за проблем с коррозией алюминиевого анода под воздействием углекислого газа в воздухе. Из-за этого использование таких батарей ограничивается в основном военными применениями.
Высокая энергетическая плотность алюминиево-воздушных батарей означает, что они имеют большой потенциал для использования в электромобилях.
Создание алюминиево-воздушной батареи довольно простое — и можно сделать это с помощью обычных домашних предметов. Мы рассмотрим руководство DIY (Do It Yourself) по созданию алюминиево-воздушной батареи.
Эксперимент с алюминиево-воздушной батареей
Для создания эксперимента нам потребуется,
Алюминиевая фольга.
Насыщенный раствор воды и соли
Фильтровальная бумага
Мелкий древесный уголь
Две маленькие части проводов и
Один светодиод.
Процедура создания простой алюминиево-воздушной батареи
Просто возьмите кусок алюминиевой фольги и разложите его на столе. В кастрюле сделайте насыщенный раствор воды и соли. Возьмите кусок фильтровальной бумаги. Пропитайте кусок фильтровальной бумаги насыщенным соляным раствором.
Затем распределите пропитанный кусок фильтровальной бумаги на алюминиевой фольге. Теперь положите немного мелкого угля на фильтровальную бумагу. После того как непрокладочный провод будет помещен в уголь, закройте его другим куском фильтровальной бумаги, пропитанной соляным раствором, такого же размера. Теперь плотно сверните все так, чтобы уголь не касался напрямую алюминиевой фольги, а изолированная часть провода выходила с одного конца свертка. Теперь возьмите другой провод и прикрепите непрокладочную часть провода к алюминиевой фольге. Если мы подключим низковольтный светодиод (LED) к этим двум выводам (один от угля, другой от алюминиевой фольги) и надавим на сверток пальцами, светодиод загорится.
Принцип работы алюминиево-воздушной батареи
Как показано на рисунке справа, алюминиево-воздушная батарея имеет воздушный катод, который может быть изготовлен из серебряного катализатора, и он помогает блокировать CO2, чтобы он не попадал в батарею, но позволяет O2 проникать в электролит. Затем этот кислород реагирует с H2O в KOH-электролите, забирает электроны из раствора и создает OH– ионы. Эти ионы затем связываются с алюминиевым анодом и образуют Al(OH)3 и выпускают электроны. Эти электроны затем текут от воздушного анода к алюминиевому катоду через внешнюю цепь, компенсируя недостаток электронов в электролитическом растворе из-за реакции восстановления на катоде.
Химическая реакция алюминиево-воздушной батареи
Четыре атома алюминия реагируют с тремя молекулами кислорода и шестью молекулами воды, образуя четыре гидроксида алюминия.
Уравнение алюминиево-воздушной батареи
Полуреакция окисления анода,
Полуреакция восстановления катода,
Общая реакция,
Phinergy, известная израильская компания, сосредоточенная на использовании металло-воздушных батарей, таких как алюминиево-воздушные и цинково-воздушные батареи. Особенность металло-воздушных батарей заключается в том, что они берут кислород из окружающего воздуха. Алюминиево-воздушная батарея имеет очень высокую энергетическую плотность, она достигает 300 Вт*ч на один фунт алюминия. Ее мощностная плотность также очень высока, около 30 Вт/фунт.
Этот тип батареи нельзя заряжать электрически. По сути, это первичная батарея. Однако трудность перезарядки можно преодолеть механическим способом. Механическая перезарядка алюминиево-воздушной ячейки осуществляется путем замены алюминиевого электрода. В этом процессе батарея может быть приведена в полностью заряженное состояние из разряженной батарейной стопки.
Из-за своей высокой энергетической и мощностной плотности, возможности механической перезарядки, алюминиево-воздушная батарея может стать наиболее подходящей альтернативой нефтяному топливу для автомобилей в ближайшем будущем. Эти батареи также имеют очень низкое воздействие на окружающую среду.
Основным недостатком этой технологии является реакция CO2 с алюминием. Алюминий очень легко подвергается коррозии из-за наличия CO2 в воздухе. Эту проблему можно решить, введя специальный воздушный электрод, который предотвращает проникновение CO2 к алюминиевому листу. Phinergy разработала воздушный электрод с серебряным катализатором, и эта структура позволяет O2 проникать в алюминиевый лист и предотвращает проникновение CO2.
Заявление: Уважайте оригинальные, хорошие статьи стоят поделиться, если есть нарушение прав обратитесь для удаления.
