باتری آلومینیوم-هوا لامپ های نمکی: اصل کار و اقدامات احتیاطی برای استفاده

اصل عملیاتی

باتری آلومینیوم-هوا لامپ های آب شور از طریق واکنش الکتروشیمیایی بین آلومینیوم و اکسیژن موجود در آب شور (الکترولیت) برق تولید می کنند. هنگامی که آند آلومینیوم با کاتد هوا تماس می گیرد ، تحت اکسیداسیون قرار می گیرد ، الکترون ها را آزاد می کند و یونهای آلومینیومی را تشکیل می دهد. واکنشهای شیمیایی درگیر به شرح زیر است:

در این واکنش ، آلومینیوم (AL) با اکسیژن (O₂) و آب (H₂O) واکنش نشان می دهد تا هیدروکسید آلومینیوم (AL (OH) ₃) تولید کند ، که به عنوان یک جامد فلوکسی رسوب می کند. با گذشت زمان ، این ذرات جامد ممکن است جمع شوند تا ساختارهای کریستالی بزرگتر تشکیل شوند. در شرایط مناسب ، هیدروکسید آلومینیوم می تواند بیشتر کم آبی شود تا اکسید آلومینیوم (Al₂o₃) شود ، و در نتیجه یک جامد سخت شبیه به بتن ایجاد می شود. این ویژگی به جامد حاصل اجازه می دهد تا در برابر فشار قابل توجه و نیروهای خارجی مقاومت کند.

تأثیر استفاده از الکترولیت های قلیایی

اگر آب نمکی با الکترولیت قلیایی (مانند هیدروکسید سدیم ، NaOH یا هیدروکسید پتاسیم ، KOH) جایگزین شود ، اصول عملیاتی و فرآیندهای واکنش متفاوت خواهد بود. در محیط های قلیایی ، واکنش بین آلومینیوم و اکسیژن واکنش الکتروشیمیایی اولیه است. با این حال ، با توجه به محیط قلیایی که باعث کاهش لایه انفعال روی آلومینیوم می شود ، فعالیت الکتروشیمیایی آن افزایش می یابد. واکنش های موجود در یک الکترولیت قلیایی را می توان به شرح زیر نشان داد:

در این حالت ، آلومینیوم با یونهای هیدروکسید (OH⁻) و اکسیژن واکنش نشان می دهد تا یونهای هیدروکسید آلومینیوم تولید شود.

پدیده تکامل هیدروژن

در محیط های قلیایی قوی ، آلومینیوم می تواند تحت خوردگی تکامل هیدروژن قرار بگیرد و گاز هیدروژن را آزاد کند. واکنشهای شیمیایی به شرح زیر است:

تأثیر استفاده از الکترولیت های قلیایی

اگر آب نمکی با الکترولیت قلیایی (مانند هیدروکسید سدیم ، NaOH یا هیدروکسید پتاسیم ، KOH) جایگزین شود ، اصول عملیاتی و فرآیندهای واکنش متفاوت خواهد بود. در محیط های قلیایی ، واکنش بین آلومینیوم و اکسیژن واکنش الکتروشیمیایی اولیه است. با این حال ، با توجه به محیط قلیایی که باعث کاهش لایه انفعال روی آلومینیوم می شود ، فعالیت الکتروشیمیایی آن افزایش می یابد. واکنش های موجود در یک الکترولیت قلیایی را می توان به شرح زیر نشان داد:

این واکنش ها روند تکامل هیدروژن را در محیط های قلیایی قوی نشان می دهد ، که می تواند منجر به کاهش عملکرد باتری شود.

تشکیل و سخت شدن جامد

در محیط های قلیایی ، غلظت یون های هیدروکسید آلومینیوم می تواند به اندازه کافی بالا باشد تا بتوانند ذرات جامد را رسوب و تشکیل دهند. با گذشت زمان ، این ذرات ممکن است در کریستال های بزرگتر جمع شوند. علل جامد سازی شامل موارد زیر است:

1. بارش و تجمع:

هیدروکسید آلومینیوم تولید شده در الکترولیت رسوب می کند و به تدریج ذرات بزرگتر را تشکیل می دهد.

2. تبدیل کم آبی:

تحت شرایط خاص ، هیدروکسید آلومینیوم ممکن است کم آبی شود و به اکسید آلومینیوم سخت تر (Al₂o₃) تبدیل شود و در نتیجه یک جامد بسیار سخت ایجاد شود.

3. تأثیرات زیست محیطی:

محیط قلیایی ممکن است منجر به ساختارهای متراکم در مواد جامد حاصل شود و سختی آن را تقویت کند.

خلاصه

بنابراین ، در حالی که جایگزین کردن آب نمکی با یک الکترولیت قلیایی منجر به اصول عملیاتی مشابه و فرآیندهای واکنش می شود ، تأثیر محیط قلیایی بر فعالیت فلز آلومینیوم و خوردگی هیدروژن می تواند منجر به تفاوت در محصولات جامد نهایی و ویژگی های آنها شود. این تغییرات ممکن است راندمان واکنش را بهبود بخشد اما همچنین مشکلات خودآزمایی را معرفی می کند.

ملاحظات استفاده برای لامپ های آب شور

1. واکنش های شیمیایی:

هنگامی که آب نمکی اضافه می شود ، صفحه آلومینیومی با اکسیژن موجود در هوا واکنش نشان می دهد تا هیدروکسید آلومینیوم تولید شود. این ترکیب با گذشت زمان جمع می شود و ذرات جامد را تشکیل می دهد که در نهایت می توانند در توده های بزرگتر همبند شوند.

1. مصرف صفحات آلومینیومی:

اگر مقدار زیادی آب شور وجود داشته باشد ، تمام صفحات آلومینیومی مصرف می شود. اگر آب نمکی کمتری وجود داشته باشد ، در درجه اول صفحات پایین مصرف می شود. این منجر به ضخامت ناهموار در بین صفحات می شود.

2. تأثیر ذرات جامد:

با ادامه واکنشهای شیمیایی ، تجمع هیدروکسید آلومینیوم داخلی و تشکیل ذرات جامد باعث افزایش فشار بر روی صفحات آلومینیوم می شود.

3. بررسی قابلیت جریان:

توصیه می شود روزانه قابلیت جریان هیدروکسید آلومینیوم تولید شده را بررسی کنید. اگر قابلیت جریان به میزان قابل توجهی کاهش می یابد ، آن را با آب نمکی تازه جایگزین کنید. در غیر این صورت ، ذرات سخت شده ممکن است برای تمیز کردن دشوار شود.

5. درمان پس از استفاده:

اگر در مدت سه ساعت استفاده نشود ، بلافاصله خالی شوید و شستشو دهید فضای داخلی لامپ آب نمک ، سپس آن را در یک منطقه تهویه در حین ذخیره آن در یک مکان خنک و خشک خشک کنید.

6. پدیده انفعال:

پس از استفاده های متعدد ، آب نمکی باقیمانده ممکن است به طور کامل شستشو نشود و منجر به انفعال روی سطح صفحات آلومینیومی شود. با افزودن آب نمکی جدید ، ابتدا لامپ را روشن کنید تا آن را تخلیه کنید. این باعث می شود لایه انفعال روی صفحات مختل شود و عملکرد عادی را بازیابی کند.

7. طول عمر و ویژگی های سازگار با محیط زیست:

لامپ های آب شور حداقل 120 ساعت عمر خدمات دارند و می توانند تا 20 سال بدون نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتر در حین ذخیره سازی ذخیره شوند. به عنوان یک نوع جدید از محصول سازگار با محیط زیست ، آنها برای استفاده به عنوان روشنایی اضطراری ، ابزارهای تدریس یا شارژ دستگاه های الکترونیکی در تنظیمات مختلف مانند خانه ها ، هتل ها ، سناریوهای آتش نشانی ، سفرهای ماهیگیری ، ماجراهای پیاده روی ، گشت و گذارهای کمپینگ و غیره مناسب هستند.