Pin Alumin-Air: Chúng hoạt động như thế nào?
Pin có thể khá nặng. Nhược điểm này ngăn cản pin trở thành nguồn năng lượng trong nhiều thiết bị và ứng dụng khác nhau nơi trọng lượng nhẹ là yếu tố quan trọng.
Một pin khí nhôm vượt qua vấn đề này. Nó sử dụng không khí làm cực âm, giảm đáng kể trọng lượng của nó.
Trong pin khí nhôm, nhôm được sử dụng làm cực dương, và không khí (oxygen trong không khí) được sử dụng làm cực âm. Điều này dẫn đến mật độ năng lượng - tức là năng lượng sản sinh ra trên mỗi đơn vị trọng lượng của pin - rất cao so với các loại pin thông thường khác.
Mặc dù vậy, pin khí nhôm vẫn chưa được sản xuất thương mại, chủ yếu do chi phí sản xuất cực dương cao, cũng như vấn đề ăn mòn cực dương nhôm do carbon dioxide trong không khí. Do đó, việc sử dụng pin này chủ yếu bị giới hạn trong các ứng dụng quân sự.
Mật độ năng lượng cao của pin khí nhôm có nghĩa là chúng có tiềm năng lớn để được sử dụng trong xe điện.
Làm một pin khí nhôm khá đơn giản - và có thể thực hiện bằng các vật dụng gia đình cơ bản. Chúng tôi sẽ hướng dẫn cách tự làm pin khí nhôm (DIY - Do It Yourself).
Thí nghiệm Pin Khí Nhôm
Để tạo thí nghiệm này, chúng ta cần,
Băng nhôm.
Dung dịch bão hòa nước và muối
Giấy thấm
Bụi than mịn.
Hai đoạn dây điện nhỏ và
Một điôt phát sáng.
Quy trình Làm Pin Khí Nhôm Đơn Giản
Chỉ cần lấy một miếng băng nhôm và trải nó lên bàn. Trong một nồi, làm dung dịch bão hòa nước và muối. Lấy một miếng giấy thấm. Ngâm miếng giấy thấm vào dung dịch muối bão hòa. Sau đó, trải miếng giấy thấm đã ngâm lên băng nhôm. Bây giờ, rải một ít bụi than mịn lên giấy thấm. Sau khi đặt một đầu dây điện không cách điện vào bụi than, phủ nó bằng một miếng giấy thấm đã ngâm dung dịch muối cùng kích thước. Bây giờ, cuộn chặt toàn bộ sao cho bụi than không tiếp xúc trực tiếp với băng nhôm và phần cách điện của dây điện lòi ra từ một đầu cuộn. Tiếp theo, lấy dây điện thứ hai và cố định phần không cách điện của dây vào băng nhôm. Bây giờ, nếu chúng ta kết nối một điôt phát sáng công suất thấp (LED) với hai dây dẫn (một từ than và một từ nhôm) và nhấn cuộn bằng tay, LED sẽ sáng.
Nguyên lý hoạt động của Pin Khí Nhôm
Như hình bên phải, một pin khí nhôm có cực âm là không khí, có thể được làm bằng chất xúc tác dựa trên bạc và giúp ngăn CO2 xâm nhập vào pin nhưng cho phép O2 xâm nhập vào điện giải. Sau đó, oxy này phản ứng với H2O trong dung dịch điện giải KOH, lấy electron từ dung dịch và tạo ion OH–. Các ion này sau đó liên kết với cực dương nhôm và tạo Al(OH)3 và giải phóng electron. Các electron này sau đó di chuyển từ cực dương nhôm đến cực âm không khí qua mạch ngoại vi để bù đắp thiếu hụt electron trong dung dịch điện giải do phản ứng khử ở cực âm.
Phản ứng Hóa học của Pin Khí Nhôm
Bốn nguyên tử nhôm phản ứng với 3 phân tử oxi và 6 phân tử nước và tạo ra 4 hydroxit nhôm
Phương trình Pin Khí Nhôm
Phản ứng oxy hóa tại cực dương (phản ứng nửa),
Phản ứng khử tại cực âm (phản ứng nửa),
Phản ứng tổng cộng,
Phinergy, một công ty phát triển nổi tiếng của Israel tập trung vào việc sử dụng pin kim loại-khí như pin khí nhôm và pin khí kẽm. Đặc điểm của pin kim loại-khí là chúng lấy oxi từ không khí xung quanh. Pin khí nhôm có mật độ năng lượng rất cao, lên đến 300 Wh cho mỗi pound nhôm. Mật độ công suất của nó cũng rất cao, khoảng 30 Watt/lb.
Loại pin này không thể sạc lại điện. Về cơ bản, đây là một pin sơ cấp. Tuy nhiên, khó khăn trong việc sạc lại có thể được khắc phục bằng quá trình sạc lại cơ học. Sạc lại cơ học của pin khí nhôm được thực hiện bằng cách thay thế điện cực nhôm. Quá trình này, pin có thể được đưa về trạng thái đầy từ bộ pin đã xả.
Do mật độ năng lượng và công suất cao, cũng như khả năng sạc lại cơ học, pin khí nhôm có thể là lựa chọn thay thế phù hợp nhất cho nhiên liệu dầu mỏ cho ô tô trong tương lai gần. Những pin này cũng có ảnh hưởng môi trường rất thấp.
Nhược điểm chính của công nghệ này là, phản ứng của CO2 với nhôm. Nhôm rất dễ bị ăn mòn do sự hiện diện của CO2 trong không khí. Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách giới thiệu cực âm đặc biệt có thể ngăn CO2 tiếp cận với tấm nhôm. Phinergy đã phát triển một cực âm với chất xúc tác dựa trên bạc, cấu trúc này cho phép O2 xâm nhập vào tấm nhôm và ngăn CO2 xâm nhập.
Tuyên bố: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
