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9. Mecanismo de generación de Lámpara de potencia generadora de aluminio-aire impulsada por la solución de electrolitos alcalinos y su producción característica de aluminamiento de potasio soluble '(Placa de aluminio + polvo de electrolito + agua = generador).
Si el agua salada se reemplaza con un electrolito alcalino, el principio de generación de energía y el proceso de reacción de la batería de aluminio-aire diferirán. A continuación se muestra un análisis detallado:
La batería de aluminio-aire genera electricidad mediante el uso de aluminio como ánodo y oxígeno del aire como cátodo en una solución electrolítica alcalina de hidróxido de potasio (KOH) a través de una reacción redox.
Proceso de reacción detallado:
1. Ánodo (electrodo de aluminio): el aluminio sufre una reacción de oxidación en un entorno alcalino, perdiendo electrones y formando iones de aluminados. Debido a la presencia de hidróxido de potasio, el aluminato generado existe principalmente en forma de iones tetrahidroxoaluminados [Al (OH) ₄] ⁻) en la solución.
AL + 4OH⁻ → [AL (OH) ₄] ⁻ + 3E−
2. Cátodo (electrodo de aire): el oxígeno del aire se reduce en la superficie del cátodo, reaccionando con agua para formar iones de hidróxido (OH⁻). Este proceso generalmente requiere un catalizador para reducir la energía de activación, como el carbono activado u otros catalizadores de metales no preciosos.
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻
3. Electrolito (solución KOH): la solución de hidróxido de potasio proporciona una alta concentración de iones de hidróxido, promoviendo la oxidación del aluminio y la reducción del oxígeno. Simultáneamente, actúa como un conductor iónico, manteniendo el saldo de carga dentro de la batería.
4. Reacción general: la combinación de las reacciones del ánodo y el cátodo proporciona la ecuación de reacción general. Para equilibrar los cargos y el número de átomos, generalmente se basa en 4 átomos de aluminio:
4Al + 3o₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [AL (OH) ₄]
O escrito en forma iónica:
4Al + 3o₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [AL (OH) ₄] ⁻
5. Productos de reacción: El producto principal de la reacción es el tetrahidroxoaluminato de potasio (K [Al (OH) ₄]), que se disuelve en la solución KOH. En algunos casos, si la solución está sobresaturada, puede formarse el precipitado de hidróxido de aluminio (AL (OH) ₃).
Una
nota ddicional:
Película de pasivación: en entornos no alcalinos o débilmente alcalinos, una película de óxido se forma fácilmente en la superficie de aluminio, lo que obstaculiza la reacción. Sin embargo, en las soluciones de KOH de alta concentración, esta película de óxido se disuelve, asegurando que el aluminio pueda continuar oxidando.
Reacción de evolución de hidrógeno (HER): en condiciones alcalinas, el aluminio también puede sufrir una reacción de evolución de hidrógeno, que es una reacción lateral que reduce la eficiencia de la batería.
2Al + 6H₂O + 2OH⁻ → 2 [AL (OH) ₄] ⁻ + 3H₂
Para suprimir la reacción de la evolución del hidrógeno, generalmente se agregan algunos elementos de aleación o inhibidores.
Aplicaciones prácticas: las baterías de aluminio-aire tienen una densidad de energía teórica muy alta, pero las aplicaciones prácticas se ven afectadas por varios factores, como la concentración del electrolito, la temperatura y la densidad de corriente.
Resumen:
La batería genera energía eléctrica a través de la oxidación del aluminio y la reducción del oxígeno, siendo el producto final principalmente tetrahidroxoaluminato de potasio
k [al (OH) ₄] disuelto en el electrolito.
En la solución de hidróxido de potasio de polvo de electrolito KOH), el principio de reacción es el siguiente:
Paso |
Ecuación |
Explicación |
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Ánodo (principal) |
AL + 4OH⁻ → [AL (OH) ₄] ⁻ + 3E⁻ |
Oxidación de aluminio |
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Cátodo (principal) |
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻ |
Reducción de oxígeno |
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Al3⁺ Precipitación |
4Al + 3o₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [AL (OH) ₄] ⁻ |
Al3⁺ Precipitación |
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Reacción general |
4Al + 3o₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [AL (OH) ₄]
o
4Al + 3o₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KALO₂ ⋅XH2O
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Los productos finales de la reacción principal son 4K [AL (OH) ₄] soluble en agua o Kalo₂ |
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Reacción lateral del ánodo |
2Al + 6H₂O → 2Al (OH) ₃ ↓ + 3H₂ ↑ |
Evolución de hidrógeno |
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10. Versión y mantenimiento de almacenamiento, limpieza y agua
Detener el uso durante más de 2 horas
Si no usa la lámpara durante más de 2 horas, vierta el electrolito o el agua salada para detener completamente la reacción electroquímica, esto ayuda a evitar la pérdida de potencia innecesaria.
Verificación diaria de flujo de flujo
Monitoree el hidróxido de aluminio dentro de la lámpara, LF Las partículas sólidas dejan de fluir suavemente, vierte la solución vieja y reemplácelo con electrolito fresco o agua salada, LF izquierda demasiado tiempo, las partículas pueden endurecerse, lo que dificulta la limpieza.
Almacenamiento a largo plazo
Antes de almacenar la lámpara, vacíe la solución de electrolito o el agua salada, limpie el compartimento de la batería y las placas de electrodos, y manténgalas secas. Esto evita el daño y mantiene su lámpara en buenas condiciones para uso futuro.
⚠ Advertencia:
Verifique la fluidez electrolítica regularmente ⚠
Usando el
Generador de aluminio-aire durante más de 8 horas: si necesita usar el generador continuamente durante más de 8 horas, hay dos opciones. Primero, a medida que se acerque a la marca de 8 horas, verifique el nivel de líquido en las cámaras para asegurarse de que todavía se sumerja completamente las placas de electrodos. Si el nivel del agua ha caído, agregue una pequeña cantidad de agua según sea necesario. Si el agua no está disponible y debe seguir usando el generador, abra la tapa de rosca superior para ayudar a disipar el calor. Esto evitará el sobrecalentamiento y garantizará un rendimiento estable.
Verifique la fluidez del agua salada regularmente ⚠
La fluidez del agua salada debe verificarse cada 4-6 horas, dependiendo del consumo de energía del dispositivo conectado.
❌ Si el líquido se vuelve grueso o menos fluido, puede afectar el rendimiento.
✅ Para garantizar un funcionamiento óptimo, limpie y reemplácelo con agua salada fresca inmediatamente si es necesario.
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