بوها
9. مکانیسم نسل لامپ برق ژنراتور آلومینیوم ناشی از محلول الکترولیت قلیایی و تولید مشخصه آن از آلومینات پتاسیم محلول '(صفحه آلومینیومی + پودر الکترولیت + آب = ژنراتور).
اگر آب شور با الکترولیت قلیایی جایگزین شود ، اصل تولید برق و روند واکنش باتری آلومینیوم-هوا متفاوت خواهد بود. در زیر یک تجزیه و تحلیل مفصل آورده شده است:
باتری آلومینیوم هوا با استفاده از آلومینیوم به عنوان آند و اکسیژن از هوا به عنوان کاتد در یک هیدروکسید پتاسیم هیدروکسید (KOH) الکترولیت از طریق یک واکنش ردوکس تولید می کند.
روند واکنش دقیق:
1. آند (الکترود آلومینیوم): آلومینیوم در یک محیط قلیایی واکنش اکسیداسیون می کند ، الکترون ها را از دست می دهد و یونهای آلومینات را تشکیل می دهد. با توجه به وجود هیدروکسید پتاسیم ، آلومینات تولید شده در درجه اول به شکل یون های تتراهیدروکسوآلومینات [AL (OH) ₄] ⁻) در محلول وجود دارد.
al + 4OH⁻ → [al (OH) ₄] ⁻ + 3e−
2. کاتد (الکترود هوا): اکسیژن از هوا بر روی سطح کاتد کاهش می یابد و با آب واکنش نشان می دهد تا یون های هیدروکسید (OH⁻) تشکیل شود. این فرایند به طور معمول برای کاهش انرژی فعال سازی مانند کربن فعال یا سایر کاتالیزورهای فلزی غیر قیمتی نیاز به یک کاتالیزور دارد.
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻
3. الکترولیت (محلول KOH): محلول هیدروکسید پتاسیم غلظت بالایی از یونهای هیدروکسید را فراهم می کند و اکسیداسیون آلومینیوم و کاهش اکسیژن را ترویج می کند. به طور همزمان ، به عنوان یک هادی یونی عمل می کند و تعادل بار را در باتری حفظ می کند.
4. واکنش کلی: ترکیب واکنشهای آند و کاتد معادله واکنش کلی را نشان می دهد. برای متعادل کردن هزینه ها و تعداد اتم ها ، معمولاً بر اساس 4 اتم آلومینیوم انجام می شود:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [al (OH) ₄]
یا به صورت یونی نوشته شده است:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [al (OH) ₄] ⁻
5. محصولات واکنش: محصول اصلی واکنش پتاسیم تتراهیدروکسوآلومینات (K [al (OH) ₄]) است که در محلول KOH حل می شود. در بعضی موارد ، اگر محلول اشباع نشده باشد ، هیدروکسید آلومینیوم (AL (OH) ₃) ممکن است شکل بگیرد.
یادداشت های دوتایی
:
فیلم Passivation: در محیط های غیر الحس یا ضعیف قلیایی ، یک فیلم اکسید به راحتی روی سطح آلومینیوم شکل می گیرد و مانع واکنش می شود. با این حال ، در محلولهای KOH با غلظت بالا ، این فیلم اکسید حل می شود ، و اطمینان می دهد که آلومینیوم می تواند به اکسیداسیون خود ادامه دهد.
واکنش تکامل هیدروژن (HER): در شرایط قلیایی ، آلومینیوم همچنین ممکن است تحت یک واکنش تکامل هیدروژن قرار بگیرد ، که یک واکنش جانبی است که باعث کاهش کارایی باتری می شود.
2AL + 6H₂O + 2OH⁻ → 2 [al (OH) ₄] ⁻ + 3H₂
برای سرکوب واکنش تکامل هیدروژن ، معمولاً برخی از عناصر آلیاژ یا مهار کننده ها اضافه می شوند.
برنامه های کاربردی: باتری های آلومینیوم هوا از چگالی انرژی نظری بسیار بالایی برخوردار هستند ، اما کاربردهای عملی تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند غلظت الکترولیت ، دما و چگالی جریان قرار دارند.
خلاصه
باتری از طریق اکسیداسیون آلومینیوم و کاهش اکسیژن انرژی الکتریکی تولید می کند ، در حالی که محصول نهایی در درجه اول تتراهیدروکسوآلومینات پتاسیم
K [AL (OH) ₄] در الکترولیت حل می شود.
در محلول هیدروکسید پتاسیم پودر الکترولیت) ، اصل واکنش به شرح زیر است:
پله |
معادله |
توضیح |
|
آند (اصلی) |
al + 4OH⁻ → [al (OH) ₄] ⁻ + 3e⁻ |
اکسیداسیون آلومینیوم |
|
کاتد (اصلی) |
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻ |
کاهش اکسیژن |
|
al3⁺precipitation |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [al (OH) ₄] ⁻ |
al3⁺precipitation |
|
واکنش کلی |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [al (OH) ₄]
یا
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KALO₂ ⋅XH2O
|
محصولات نهایی واکنش اصلی 4K محلول در آب [AL (OH) ₄] یا Kalo₂ است |
|
واکنش جانبی آند |
2AL + 6H₂O → 2AL (OH) ₃ ↓ + 3H₂ |
تکامل هیدروژن |
|
10 .
متوقف کردن استفاده بیش از 2 ساعت
اگر بیش از 2 ساعت از لامپ استفاده نخواهید کرد ، الکترولیت یا آب نمکی را برای متوقف کردن واکنش الکتروشیمیایی به طور کامل بریزید ، این به جلوگیری از از بین رفتن قدرت غیر ضروری کمک می کند.
بررسی روزانه برای جریان
هیدروکسید آلومینیوم را در داخل لامپ کنترل کنید ، LF ذرات جامد به راحتی جریان می یابد ، محلول قدیمی را بریزید و آن را با الکترولیت تازه یا آب نمک جایگزین کنید ، LF خیلی طولانی باقی مانده است ، ذرات ممکن است سخت شود و تمیز کردن آن دشوار است.
ذخیره طولانی مدت
قبل از ذخیره لامپ ، محلول الکترولیت یا آب نمک را خالی کنید ، محفظه باتری و صفحات الکترود را تمیز کرده و آنها را خشک نگه دارید. این امر مانع از آسیب می شود و لامپ شما را در شرایط خوبی برای استفاده در آینده نگه می دارد.
⚠ هشدار:
به طور مرتب سیالیت الکترولیت را بررسی کنید
با استفاده از
ژنراتور آلومینیوم-هوا برای بیش از 8 ساعت: اگر بیش از 8 ساعت از ژنراتور به طور مداوم استفاده می کنید ، دو گزینه وجود دارد. ابتدا با نزدیک شدن به علامت 8 ساعته ، سطح مایع موجود در محفظه ها را بررسی کنید تا اطمینان حاصل شود که هنوز هم صفحات الکترود را به طور کامل زیر آب می کند. اگر سطح آب کاهش یافته است ، در صورت لزوم مقدار کمی آب اضافه کنید. اگر آب در دسترس نیست و شما باید از ژنراتور استفاده کنید ، درپوش بالای نخ را باز کنید تا به گرما کمک کند. این کار از گرمای بیش از حد جلوگیری کرده و از عملکرد پایدار اطمینان می یابد.
سیالیت آب شور را مرتباً بررسی کنید
بسته به مصرف برق دستگاه متصل ، سیالیت آب شور باید هر 4-6 ساعت بررسی شود.
❌ اگر مایع ضخیم یا روان تر شود ، می تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد.
✅ برای اطمینان از عملکرد بهینه ، در صورت لزوم بلافاصله آن را با آب نمکی تازه تمیز کرده و جایگزین کنید.
برای ادامه قسمت 3