แบตเตอรี่อลูมิเนียม-อากาศ: ทำงานอย่างไร
แบตเตอรี่ อาจมีน้ำหนักค่อนข้างมาก ข้อเสียนี้ทำให้แบตเตอรี่ไม่สามารถเป็นแหล่งพลังงานในอุปกรณ์และแอปพลิเคชันต่างๆ ที่ต้องการน้ำหนักเบาเป็นอย่างมาก
แบตเตอรี่ อะลูมิเนียม-อากาศ แก้ไขปัญหานี้ได้ โดยใช้อากาศเป็นแคโทด ทำให้น้ำหนักลดลงอย่างมาก
ในแบตเตอรี่ อะลูมิเนียม-อากาศ อะลูมิเนียมถูกใช้เป็นแอนโอด และอากาศ (ออกซิเจนในอากาศ) ถูกใช้เป็นแคโทด ผลลัพธ์คือความหนาแน่นพลังงาน – คือพลังงานที่ผลิตต่อหน่วยน้ำหนักของแบตเตอรี่ – สูงกว่าแบตเตอรี่แบบเดิมๆ อย่างมาก
แม้ว่าจะเช่นนั้น แต่แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศยังไม่ได้ผลิตเพื่อการค้า เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการผลิตแอนโอดสูง และปัญหาการกัดกร่อนของแอนโอดอะลูมิเนียมจากคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ดังนั้น การใช้งานแบตเตอรี่นี้จำกัดอยู่เฉพาะในแอปพลิเคชันทางทหารเท่านั้น
ความหนาแน่นพลังงานสูงของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศหมายความว่ามีศักยภาพสูงในการใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า
การทำแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศค่อนข้างง่าย – และสามารถทำได้โดยใช้วัสดุที่พบในบ้าน เราจะไปดูคู่มือ DIY (Do It Yourself) ในการทำแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ
การทดลองแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ
สำหรับการทดลองนี้เราต้องการ
ฟอยล์อะลูมิเนียม
สารละลายอิ่มตัวของน้ำและเกลือ
กระดาษฟิลเตอร์
ผงถ่านละเอียด
สายไฟขนาดเล็กสองชิ้นและ
ไดโอดเปล่งแสงหนึ่งชิ้น
ขั้นตอนการทำแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศแบบง่าย
นำฟอยล์อะลูมิเนียมมาแผ่บนโต๊ะ ในหม้อเตรียมสารละลายอิ่มตัวของน้ำและเกลือ นำกระดาษฟิลเตอร์มาชิ้นหนึ่ง แช่กระดาษฟิลเตอร์ในสารละลายเกลืออิ่มตัว จากนั้นนำกระดาษฟิลเตอร์ที่แช่แล้วมาวางบนฟอยล์อะลูมิเนียม โรยผงถ่านละเอียดบนกระดาษฟิลเตอร์ หลังจากใส่สายไฟไม่หุ้มฉนวนในผงถ่าน คลุมด้วยกระดาษฟิลเตอร์ที่แช่สารละลายเกลืออิ่มตัวอีกชิ้นหนึ่ง แล้วม้วนให้แน่น เพื่อไม่ให้ผงถ่านสัมผัสกับฟอยล์อะลูมิเนียมโดยตรง และสายไฟหุ้มฉนวนออกมาจากปลายม้วนหนึ่ง นำสายไฟอีกเส้นมาติดกับฟอยล์อะลูมิเนียม หากเราเชื่อมไดโอดเปล่งแสง (LED) กับสายไฟทั้งสองเส้น (หนึ่งจากถ่านและอีกหนึ่งจากฟอยล์อะลูมิเนียม) และกดม้วนด้วยมือ ไดโอดเปล่งแสงจะสว่างขึ้น
หลักการทำงานของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ
ตามรูปด้านขวา แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศมีแคโทดอากาศ ซึ่งอาจทำจากสารเร่งปฏิกิริยาที่มีเงินเป็นฐาน และช่วยป้องกัน CO2 ไม่ให้เข้าสู่แบตเตอรี่ แต่อนุญาตให้ O2 เข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ แล้วออกซิเจนนี้จะทำปฏิกิริยากับ H2O ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ KOH รับอิเล็กตรอนจากสารละลายและสร้างไอออน OH– ไอออนเหล่านี้จะรวมตัวกับแอนโอดอะลูมิเนียมและสร้าง Al(OH)3 และปล่อยอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้จะไหลจากแคโทดอากาศไปยังแอนโอดอะลูมิเนียมผ่านวงจรภายนอกเพื่อชดเชยการขาดอิเล็กตรอนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จากการทำปฏิกิริยาลดที่แคโทด
ปฏิกิริยาเคมีของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ
อะตอมอะลูมิเนียมสี่ตัวทำปฏิกิริยากับโมเลกุลออกซิเจนสามตัวและโมเลกุลน้ำหกตัว และสร้างไฮดรอกไซด์อะลูมิเนียมสี่ตัว
สมการของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ
ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอนโอด (ครึ่งปฏิกิริยา)
ปฏิกิริยาลดที่แคโทด (ครึ่งปฏิกิริยา)
ปฏิกิริยาทั้งหมด
Phinergy เป็นบริษัทพัฒนาที่มีชื่อเสียงจากอิสราเอล ที่มุ่งเน้นการใช้แบตเตอรี่โลหะ-อากาศ เช่น แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศและแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศ ข้อพิเศษของแบตเตอรี่โลหะ-อากาศคือ พวกมันดึงออกซิเจนจากอากาศรอบข้าง แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศมีความหนาแน่นพลังงานสูงมาก ถึง 300 Wh ต่อหนึ่งปอนด์ของอะลูมิเนียม ความหนาแน่นกำลังก็สูงเช่นกัน ประมาณ 30 วัตต์/ปอนด์
แบตเตอรี่ประเภทนี้ไม่สามารถชาร์จอิเล็กทรอนิกได้ จริงๆ แล้วเป็นแบตเตอรี่ชนิดหลัก แต่ปัญหาการชาร์จสามารถแก้ไขได้ด้วยกระบวนการชาร์จกลไก โดยการแทนที่แอนโอดอะลูมิเนียม ในกระบวนการนี้ แบตเตอรี่สามารถกลับสู่สภาพที่ชาร์จเต็มจากเซลล์แบตเตอรี่ที่หมด
เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานและกำลังสูง และสามาร
