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9. Erzeugungsmechanismus von Aluminium-Luft-Generator-Leistungslampe durch alkalische Elektrolytlösung und ihre charakteristische Produktion von löslichem Kalium-Aluminat '(Aluminiumplatte + Elektrolytpulver + Wasser = Generator).
Wenn Salzwasser durch einen alkalischen Elektrolyten ersetzt wird, unterscheidet sich das Stromerzeugungsprinzip und der Reaktionsprozess der Aluminium-Luft-Batterie. Unten finden Sie eine detaillierte Analyse:
Die Aluminium-Luft-Batterie erzeugt Elektrizität, indem Aluminium als Anode und Sauerstoff aus der Luft als Kathode in einem Kaliumhydroxid (KOH) alkalischen Elektrolytlösung durch eine Redoxreaktion verwendet wird.
Detaillierter Reaktionsprozess:
1. Anode (Aluminiumelektrode): Aluminium erfährt eine Oxidationsreaktion in einer alkalischen Umgebung, die Elektronen verliert und Aluminationen bildet. Aufgrund des Vorhandenseins von Kaliumhydroxid existiert das erzeugte Aluminat in der Lösung hauptsächlich in Form von Tetrahydroxoaluminat -Ionen [Al (OH) ₄] ⁻).
Al + 4OH⁻ → [Al (OH) ₄] ⁻ + 3e -
2. Kathode (Luftelektrode): Sauerstoff aus der Luft wird auf der Kathodenoberfläche reduziert und reagiert mit Wasser zur Bildung von Hydroxidionen (OH⁻). Dieses Verfahren erfordert typischerweise einen Katalysator, um die Aktivierungsenergie zu senken, wie z. B. Aktivkohle oder andere nicht-preisgünstige Metallkatalysatoren.
O₂ + 2H₂o + 4E⁻ → 4OH⁻
3. Elektrolyt (KOH -Lösung): Die Kaliumhydroxidlösung bietet eine hohe Konzentration an Hydroxidionen, wodurch die Oxidation von Aluminium und die Verringerung des Sauerstoffs fördert. Gleichzeitig fungiert es als ionischer Leiter und hält das Ladungsbilanz innerhalb der Batterie bei.
4. Gesamtreaktion: Die Kombination der Anoden- und Kathodenreaktionen ergibt die Gesamtreaktionsgleichung. Um die Gebühren und die Anzahl der Atome auszugleichen, basiert sie normalerweise auf 4 Aluminiumatomen:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [Al (OH) ₄]
Oder in ionischer Form geschrieben:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [Al (OH) ₄] ⁻
5. Reaktionsprodukte: Das Hauptprodukt der Reaktion ist Kaliumtetrahydroxoaluminat (K [Al (OH) ₄]), das sich in der KOH -Lösung auflöst. In einigen Fällen kann der Niederschlag von Aluminiumhydroxid (Al (OH) ₃) Aluminiumhydroxid (Al (OH) ₃) bilden.
Eine
dditionelle Notizen:
Passivierungsfilm: In nicht-alkalischen oder schwach alkalischen Umgebungen bildet sich ein Oxidfilm leicht auf der Aluminiumoberfläche, was die Reaktion behindert. In KOH-Lösungen mit hoher Konzentration wird dieser Oxidfilm jedoch gelöst, um sicherzustellen, dass Aluminium weiterhin oxidieren kann.
Wasserstoffentwicklungsreaktion (IHR): Unter alkalischen Bedingungen kann Aluminium auch eine Wasserstoffentwicklungsreaktion erfahren, die eine Nebenreaktion ist, die die Effizienz der Batterie verringert.
2AL + 6H₂O + 2OH⁻ → 2 [Al (OH) ₄] ⁻ + 3H₂
Um die Wasserstoffentwicklungsreaktion zu unterdrücken, werden normalerweise einige Legierungselemente oder Inhibitoren zugesetzt.
Praktische Anwendungen: Aluminium-Luft-Batterien haben eine sehr hohe theoretische Energiedichte, aber praktische Anwendungen werden von verschiedenen Faktoren wie der Konzentration des Elektrolyts, der Temperatur und der Stromdichte beeinflusst.
Zusammenfassung:
Die Batterie erzeugt elektrische Energie durch die Oxidation von Aluminium und die Verringerung des Sauerstoffs, wobei das Endprodukt hauptsächlich Kaliumtetrahydroxoaluminat
k [Al (OH) ₄ ₄ ₄ im Elektrolyten gelöst ist.
In Elektrolytpulver Kaliumhydroxid KOH) Lösung ist das Reaktionsprinzip wie folgt:
Schritt |
Gleichung |
Erläuterung |
|
Anode (Haupt) |
Al + 4OH⁻ → [Al (OH) ₄] ⁻ + 3e⁻ |
Aluminiumoxidation |
|
Kathode (Haupt) |
O₂ + 2H₂o + 4E⁻ → 4OH⁻ |
Sauerstoffreduktion |
|
Al3⁺ -Precipitation |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [Al (OH) ₄] ⁻ |
Al3⁺ -Precipitation |
|
Gesamtreaktion |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [Al (OH) ₄]
oder
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KALO₂ · xH2O
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Endprodukte der Hauptreaktion sind wasserlösliche 4K [Al (OH) ₄] oder Kalo₂ |
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Anodenseite Reaktion |
2AL + 6H₂O → 2AL (OH) ₃ ↓ + 3H₂ ↑ |
Wasserstoffentwicklung |
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10. Lagerung, Reinigung und Wasserversion und Wartung
Länger als 2 Stunden stoppen
Wenn Sie die Lampe nicht länger als 2 Stunden verwenden, gießen Sie den Elektrolyten oder Salzwasser aus, um die elektrochemische Reaktion vollständig zu stoppen. Dies hilft, unnötigen Stromverlust zu verhindern.
Tägliche Überprüfung der Fließfähigkeit
Überwachen Sie das Aluminiumhydroxid in der Lampe, lf Die festen Partikel stoppen reibungslos, gießen Sie die alte Lösung aus und ersetzen Sie sie durch frisches Elektrolyt oder Salzwasser.
Langzeitlagerung
Entleeren Sie vor dem Speichern der Lampe die Elektrolytlösung oder das Salzwasser, reinigen Sie das Batteriefach und die Elektrodenplatten und halten Sie sie trocken. Dies verhindert Schäden und hält Ihre Lampe für zukünftige Verwendung in gutem Zustand.
⚠ Warnung:
Überprüfen Sie die Elektrolytfluidität regelmäßig ⚠ ⚠
Verwenden der
Aluminium-Luft-Generator für mehr als 8 Stunden: Wenn Sie den Generator länger als 8 Stunden kontinuierlich verwenden müssen, gibt es zwei Optionen. Überprüfen Sie zunächst, wenn Sie sich der 8-Stunden-Marke nähern, den Flüssigkeitsspiegel in den Kammern, um sicherzustellen, dass sie die Elektrodenplatten weiterhin vollständig untermeutet. Wenn der Wasserstand gesunken ist, fügen Sie bei Bedarf eine kleine Menge Wasser hinzu. Wenn kein Wasser verfügbar ist und Sie den Generator weiterhin verwenden müssen, öffnen Sie die obere Gewindekappe, um die Wärme abzulösen. Dies verhindert eine Überhitzung und sorgt für eine stabile Leistung.
Überprüfen Sie die Salzwasserflüssigkeit regelmäßig ⚠ ⚠
Die Fluidität des Salzwassers sollte je nach Stromverbrauch des angeschlossenen Geräts alle 4-6 Stunden überprüft werden.
❌ Wenn die Flüssigkeit dick oder weniger flüssig wird, kann dies die Leistung beeinflussen.
✅ Um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten, reinigen und ersetzen Sie ihn bei Bedarf sofort durch frisches Salzwasser.
Fortsetzung Teil 3