مصابيح بطارية الألومنيوم-بطارية مائية: مبدأ العمل واحتياطات الاستخدام

مبدأ التشغيل

بطارية الألومنيوم-الهواء تولد مصابيح المياه المالحة الكهرباء من خلال التفاعل الكهروكيميائي بين الألومنيوم والأكسجين في المياه المالحة (المنحل بالكهرباء). عندما يتصل الأنود بالألمنيوم الكاثود الهواء ، فإنه يخضع للأكسدة ، ويطلق الإلكترونات وتشكيل أيونات الألومنيوم. التفاعلات الكيميائية المعنية على النحو التالي:

في هذا التفاعل ، يتفاعل الألومنيوم (AL) مع الأكسجين (O₂) والماء (H₂O) لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم (AL (OH) ₃) ، والذي يرسب كصلب صلب. بمرور الوقت ، قد تجمع هذه الجزيئات الصلبة لتشكيل هياكل بلورية أكبر. في ظل ظروف مناسبة ، يمكن للهيدروكسيد الألومنيوم أن يزيد من الجفاف ليصبح أكسيد الألومنيوم (al₂o₃) ، مما يؤدي إلى صلبة صلبة مماثلة للخرسانة. تتيح هذه الخاصية الصلبة الناتجة لتحمل الضغط الكبير والقوى الخارجية.

تأثير استخدام الشوارد القلوية

إذا تم استبدال المياه المالحة بالكهرباء القلوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم ، هيدروكسيد الصوديوم ، أو هيدروكسيد البوتاسيوم ، KOH) ، فإن مبادئ التشغيل وعمليات التفاعل ستختلف. في البيئات القلوية ، يظل التفاعل بين الألومنيوم والأكسجين هو التفاعل الكهروكيميائي الأساسي. ومع ذلك ، نظرًا للبيئة القلوية تقلل من طبقة التخميل على الألومنيوم ، يتم تعزيز نشاطه الكهروكيميائي. يمكن تمثيل التفاعلات في المنحل بالكهرباء القلوية على النحو التالي:

في هذه الحالة ، يتفاعل الألمنيوم مع أيونات الهيدروكسيد (OH⁻) والأكسجين لإنتاج أيونات هيدروكسيد الألومنيوم.

ظاهرة تطور الهيدروجين

في البيئات القلوية القوية ، يمكن للألمنيوم أن يخضع لتآكل تطور الهيدروجين ، مما يؤدي إلى إطلاق غاز الهيدروجين. التفاعلات الكيميائية هي كما يلي:

تأثير استخدام الشوارد القلوية

إذا تم استبدال المياه المالحة بالكهرباء القلوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم ، هيدروكسيد الصوديوم ، أو هيدروكسيد البوتاسيوم ، KOH) ، فإن مبادئ التشغيل وعمليات التفاعل ستختلف. في البيئات القلوية ، يظل التفاعل بين الألومنيوم والأكسجين هو التفاعل الكهروكيميائي الأساسي. ومع ذلك ، نظرًا للبيئة القلوية تقلل من طبقة التخميل على الألومنيوم ، يتم تعزيز نشاطه الكهروكيميائي. يمكن تمثيل التفاعلات في المنحل بالكهرباء القلوية على النحو التالي:

توضح هذه التفاعلات عملية تطور الهيدروجين في البيئات القلوية القوية ، والتي يمكن أن تؤدي إلى انخفاض أداء البطارية.

تشكيل صلب وتصلب

في البيئات القلوية ، يمكن أن يصبح تركيز أيونات هيدروكسيد الألومنيوم مرتفعًا بدرجة كافية حتى يترسب وتشكيل جزيئات صلبة. بمرور الوقت ، قد تجمع هذه الجسيمات بلورات أكبر. تشمل أسباب التصلب:

1. هطول الأمطار والتجميع:

يترسب هيدروكسيد الألومنيوم المولد في المنحل بالكهرباء ويشكل جسيمات أكبر تدريجياً.

2. تحويل الجفاف:

في ظل ظروف معينة ، قد يؤدي هيدروكسيد الألومنيوم إلى الجفاف ويتحول إلى أكسيد الألومنيوم الأصعب (al₂o₃) ، مما يؤدي إلى صلبة صلبة للغاية.

3. التأثير البيئي:

قد تؤدي البيئة القلوية إلى هياكل كثيفة في المواد الصلبة الناتجة ، مما يعزز صلابةها.

ملخص

وهكذا ، في حين أن استبدال المياه المالحة بالكهرباء القلوية يؤدي إلى مبادئ التشغيل وعمليات التفاعل المماثلة ، فإن تأثير البيئة القلوية على نشاط التآكل المعدني والهيدروجين يمكن أن يؤدي إلى اختلافات في المنتجات الصلبة النهائية وخصائصها. قد تؤدي هذه التغييرات إلى تحسين كفاءة رد الفعل ولكنها أيضًا تقدم مشكلات التدخين الذاتي.

اعتبارات استخدام مصابيح المياه المالحة

1. التفاعلات الكيميائية:

عند إضافة المياه المالحة ، تتفاعل لوحة الألومنيوم مع الأكسجين في الهواء لتوليد هيدروكسيد الألومنيوم. يتراكم هذا المركب بمرور الوقت ويشكل جزيئات صلبة يمكن أن تتجمع في النهاية في كتل أكبر.

1. استهلاك لوحات الألومنيوم:

إذا كان هناك كمية كبيرة من المياه المالحة ، فسيتم استهلاك جميع لوحات الألومنيوم ؛ إذا كان هناك أقل من المياه المالحة ، فسيتم استهلاك اللوحات السفلية في المقام الأول. هذا يؤدي إلى سمك غير متساو بين اللوحات.

2. تأثير الجزيئات الصلبة:

مع استمرار التفاعلات الكيميائية ، فإن تراكم هيدروكسيد الألومنيوم الداخلي وتكوين جزيئات صلبة سيزيد من الضغط على ألواح الألومنيوم.

3. فحص قابلية التدفق:

يوصى بالتحقق من قابلية تدفق هيدروكسيد الألومنيوم المولدة يوميًا. إذا انخفضت قابلية التدفق بشكل كبير ، استبدلها بالمياه المالحة الطازجة ؛ خلاف ذلك ، قد تصبح الجسيمات المتصلبات من الصعب تنظيفها.

5. علاج ما بعد الاستخدام:

إذا لم يتم استخدامه في غضون ثلاث ساعات ، فارغة على الفور وشطفها الداخلية مصباح المياه المالحة ، ثم قم بتجفيفها في منطقة تم التهوية أثناء تخزينها في مكان بارد وجاف.

6. ظاهرة التخميل:

بعد استخدامات متعددة ، قد لا يتم شطف المياه المالحة المتبقية بالكامل ، مما يؤدي إلى التخميل على سطح ألواح الألومنيوم. عند إضافة المياه المالحة الجديدة ، قم بتشغيل المصباح أولاً لتفريغه ؛ سيؤدي ذلك إلى تعطيل طبقة التخميل على اللوحات واستعادة التشغيل العادي.

7. طول العمر والميزات الصديقة للبيئة:

تبلغ عمر مصابيح المياه المالحة عمرها 120 ساعة على الأقل ويمكن تخزينها لمدة تصل إلى 20 عامًا دون الحاجة إلى صيانة إضافية أثناء التخزين. كنوع جديد من المنتجات الصديقة للبيئة ، فهي مناسبة للاستخدام كأدوات في حالات الطوارئ أو أدوات التدريس أو شحن الأجهزة الإلكترونية في أماكن مختلفة مثل المنازل والفنادق وسيناريوهات مكافحة الحرائق ورحلات الصيد ومغامرات المشي لمسافات طويلة ورحلات التخييم ، إلخ.