Aluminijeva zrakova baterija: Kako delujejo?

Baterije lahko težijo zelo veliko. Ta nedostatek onemogoča uporabo baterij kot vira energije v mnogih različnih napravah in aplikacijah, kjer je lahkota ključnega pomena.

Aluminijeva zračna baterija preprečuje ta problem. Uporablja zrak kot katod, kar znatno zmanjša njeno težo.

V aluminijevi zračni bateriji se aluminij uporablja kot anoda, zrak (kisik v zraku) pa kot katoda. To pripelje do zelo visoke energijske gostote – to je energija, ki jo proizvede enota teže baterije – v primerjavi s številnimi konvencionalnimi baterijami.

Ključno zaradi visokih stroškov proizvodnje anode ter problemov z korozijo aluminijeve anode zaradi ogljikovega dioksida v zraku, aluminijeva zračna baterija ni komercialno proizvajana. Zato se uporaba te baterije omejuje predvsem na vojaške aplikacije.

Visoka energijska gostota aluminijeve zračne baterije pomeni, da imajo veliko potencial za uporabo v električnih vozilih.

Izdelava aluminijeve zračne baterije je zelo preprosta in jo lahko izvedete z uporabo preprostih domačih materialov. Opišemo bomo vodnik za samostojno izdelavo aluminijeve zračne baterije (DIY).

Poizkus z aluminijevom zračno baterijo

Za izvedbo tega poizkusa potrebujemo:

1. Aluminijev folija.

2. Nasičen rešek soli v vodi.

3. Papir za sušenje.

4. Fin prah ugljenja.

5. Dva kratki kosica električnih vodov in

6. Ena svetlobna dioda (LED).

Postopek izdelave preproste aluminijeve zračne baterije

Vzamite kos aluminijeve folije in ga postelite na mizo. V loncu pripravite nasičen rešek soli v vodi. Vzamite kos papirja za sušenje in ga namočite v nasičen rešek soli. Nato namočeni kos papirja za sušenje postelite na aluminijevu folijo. Sedaj nanesejo nekaj fina praha ugljenja na papir za sušenje. Po tem, ko postavite neizoliran vod v prah ugljenja, pokrijte celotno z dodatnim komkom papirja za sušenje, namočenim v nasičen rešek soli. Nato celotno stvari tesno zvijte tako, da prah ugljenja ne more neposredno dotikati aluminijeve folije in izolirani del voda pride ven na enem koncu zvita. Nato vzamite drug vod in pripepite neizoliran del voda na aluminijevu folijo. Če zdaj povežete nizkonapeto svetlobno diodo (LED) s temi dvema vodoma (eden od ugljenja, drugi od aluminijeve folije) in pritisnete zvit, bo LED svetila.

Delovanje aluminijeve zračne baterije

Kot je prikazano na sliki desno, aluminijeva zračna baterija ima zračno katodo, ki jo lahko izdelamo iz srebrnega katalizatorja, ki blokira vhod CO₂ v baterijo, a omogoča vhod O₂ v elektrolit. Tukaj se kisik reagira z H₂O v KOH rešku, prevzame elektrone iz reška in ustvari OH^- jone. Ti jonji se združijo z aluminijevom anodo in ustvarijo Al(OH)₃, hkrati pa izpuščajo elektrone. Ti elektroni potekajo od zračne katode do aluminijeve anode skozi zunanji tok, čeprav je v elektrolitu manj elektronov zaradi redukcije na katodi.

Kemijska reakcija aluminijeve zračne baterije

Štiri aluminijevi atomi reagirajo z tremi molekulami kisika in šestimi molekulami vode in ustvarijo štiri aluminijevi hidroksida.

Enačba aluminijeve zračne baterije

Oksidacija anode (polreakcija),

Redukcija katode (polreakcija),

Celotna reakcija,

Phinergy, znan izraelski razvojni podjetnik, se osredotoča na uporabo metal-zračnih baterij, kot so aluminijeva in cinka zračna baterija. Posebnost teh baterij je, da povzdušje dobivajo kisik. Aluminijeva zračna baterija ima zelo visoko energijsko gostoto, toliko kot 300 Wh na funto aluminija. Njena močna gostota je tudi zelo visoka, okoli 30 Watt/lb.

Ta vrsta baterije se električno ne more polniti. To je bistveno primarna baterija. Težave pri polnjenju je mogoče premagati z mehaničnim polnjenjem. Mehanično polnjenje aluminijeve zračne celice se izvaja z zamenjavo aluminijeve elektrode. S tem postopkom lahko baterijo prevedemo iz stanja razpolnjenosti nazaj v polnoma polnjeno stanje. Zaradi svoje visoke energijske in močne gostote ter možnosti mehaničnega polnjenja, je aluminijeva zračna baterija morda najprimernejša alternativa nafti za avtomobile v bližnji prihodnosti. Te baterije imajo tudi zelo nizki okoljski vtis.

Glavni nedostatek te tehnologije je reakcija CO₂ z aluminijem. Aluminij se zelo hitro okroži zaradi prisotnosti CO₂ v zraku. Ta problem je mogoče premagati z uvedbo posebne zračne elektrode, ki prepreči, da CO₂ doseže aluminijev list. Phinergy je razvil zračno elektrodo s srebrnim katalizatorjem, ki omogoča, da O₂ vstopi v aluminijev list, hkrati pa prepreči, da CO₂ vstopi.

Izjava: Spoštujte original, dobri članki so vredni deljenja, če je kršenje avtorskih pravic, se obrnite za brisanje.