מנורות מים מלוחים מסוג אלומיניום-אוויר: עיקרון עבודה ואמצעי זהירות לשימוש

עקרון הפעולה

סוללת אלומיניום-אוויר מנורות מים מלוחים מייצרות חשמל באמצעות התגובה האלקטרוכימית בין אלומיניום וחמצן במים מלוחים (האלקטרוליט). כאשר אנודת האלומיניום מתקשרת עם קתודה האוויר, היא עוברת חמצון, משחררת אלקטרונים ויוצרות יוני אלומיניום. התגובות הכימיות המעורבות הן כדלקמן:

בתגובה זו, אלומיניום (Al) מגיב עם חמצן (O₂) ומים (H₂O) כדי לייצר אלומיניום הידרוקסיד (Al(OH)₃), אשר משקיע כמוצק צמרירי. עם הזמן, חלקיקים מוצקים אלה עשויים להצטבר ליצירת מבנים גבישיים גדולים יותר. בתנאים מתאימים, אלומיניום הידרוקסיד יכול להתייבש עוד יותר ולהפוך לתחמוצת אלומיניום (Al₂O₃), וכתוצאה מכך מוצק קשה הדומה לבטון. מאפיין זה מאפשר למוצק שנוצר לעמוד בלחץ ובכוחות חיצוניים משמעותיים.

השפעת השימוש באלקטרוליטים אלקליינים

אם מי מלח מוחלפים באלקטרוליט אלקליני (כגון נתרן הידרוקסיד, NaOH או אשלגן הידרוקסיד, KOH), עקרונות הפעולה ותהליכי התגובה יהיו שונים. בסביבות אלקליות, התגובה בין אלומיניום וחמצן נשארת התגובה האלקטרוכימית העיקרית. עם זאת, בשל הסביבה הבסיסית המפחיתה את שכבת הפסיבציה על אלומיניום, הפעילות האלקטרוכימית שלו מוגברת. התגובות באלקטרוליט אלקליין יכולות להיות מיוצגות באופן הבא:

במקרה זה, אלומיניום מגיב עם יוני הידרוקסיד (OH⁻) וחמצן כדי לייצר יוני הידרוקסיד של אלומיניום.

תופעת אבולוציה של מימן

בסביבות אלקליות חזקות, אלומיניום יכול לעבור קורוזיה של אבולוציה מימן, ולשחרר גז מימן. התגובות הכימיות הן כדלקמן:

השפעת השימוש באלקטרוליטים אלקליינים

אם מי מלח מוחלפים באלקטרוליט אלקליני (כגון נתרן הידרוקסיד, NaOH או אשלגן הידרוקסיד, KOH), עקרונות הפעולה ותהליכי התגובה יהיו שונים. בסביבות אלקליות, התגובה בין אלומיניום וחמצן נשארת התגובה האלקטרוכימית העיקרית. עם זאת, בשל הסביבה הבסיסית המפחיתה את שכבת הפסיבציה על אלומיניום, הפעילות האלקטרוכימית שלו מוגברת. התגובות באלקטרוליט אלקליין יכולות להיות מיוצגות באופן הבא:

תגובות אלו ממחישות את תהליך התפתחות המימן בסביבות אלקליות חזקות, מה שעלול להוביל לירידה בביצועי הסוללה.

היווצרות מוצקה והתקשות

בסביבות אלקליות, הריכוז של יוני אלומיניום הידרוקסיד יכול להיות גבוה מספיק כדי שהם יזרזו ויווצרו חלקיקים מוצקים. עם הזמן, חלקיקים אלה עשויים להצטבר לגבישים גדולים יותר. הגורמים להתמצקות כוללים:

1. משקעים והצטברות:

הידרוקסיד האלומיניום הנוצר משקע באלקטרוליט ויוצר בהדרגה חלקיקים גדולים יותר.

2. המרת התייבשות:

בתנאים מסוימים, אלומיניום הידרוקסיד עלול להתייבש ולהמיר לתחמוצת אלומיניום קשה יותר (Al₂O₃), וכתוצאה מכך למוצק קשה מאוד.

3. השפעה סביבתית:

הסביבה הבסיסית עלולה להוביל למבנים צפופים יותר בחומר המוצק שנוצר, ולשפר את קשיותו.

תַקצִיר

לפיכך, בעוד שהחלפת מים מלוחים באלקטרוליט אלקליין מביאה לעקרונות פעולה ותהליכי תגובה דומים, השפעת הסביבה הבסיסית על פעילות קורוזיה של מתכת אלומיניום והתפתחות מימן יכולה להוביל להבדלים במוצרים המוצקים הסופיים ובמאפייניהם. שינויים אלה עשויים לשפר את יעילות התגובה אך גם להכניס בעיות קורוזיה עצמית.

שיקולי שימוש עבור מנורות מים מלוחים

1. תגובות כימיות:

כאשר מוסיפים מים מלוחים, לוח האלומיניום מגיב עם חמצן באוויר ויוצר אלומיניום הידרוקסיד. תרכובת זו מצטברת עם הזמן ויוצרת חלקיקים מוצקים שיכולים בסופו של דבר להתלכד למסה גדולה יותר.

1. צריכת לוחות אלומיניום:

אם יש כמות גדולה של מים מלוחים, כל לוחות האלומיניום יתכלו; אם יש פחות מים מלוחים, בעיקר הצלחות התחתונות ייצרכו. זה מוביל לעובי לא אחיד בין הצלחות.

2. השפעת חלקיקים מוצקים:

ככל שהתגובות הכימיות נמשכות, הצטברות של אלומיניום הידרוקסיד פנימי והיווצרות חלקיקים מוצקים יגבירו את הלחץ על לוחות האלומיניום.

3. בדיקת זרימה:

מומלץ לבדוק את יכולת הזרימה של אלומיניום הידרוקסיד שנוצר מדי יום. אם יכולת הזרימה יורדת באופן משמעותי, החלף אותה במים מלוחים טריים; אחרת, חלקיקים מוקשים עלולים להפוך לקשים לניקוי.

5. טיפול לאחר שימוש:

אם לא נעשה בו שימוש תוך שלוש שעות, יש לרוקן מיד ולשטוף את פנים מנורת מים מלוחים , ולאחר מכן יבש אותה באזור מאוורר תוך אחסנתה במקום קריר ויבש.

6. תופעת פסיביות:

לאחר שימושים מרובים, ייתכן שאריות מי מלח לא יישטפו לחלוטין, מה שיוביל לפסיביות על פני לוחות האלומיניום. כאשר מוסיפים מים מלוחים חדשים, הדלק תחילה את המנורה כדי לפרוק אותם; זה ישבש את שכבת הפסיבציה על הצלחות וישחזר את הפעולה הרגילה.

7. אריכות ימים ותכונות ידידותיות לסביבה:

למנורות מים מלוחים חיי שירות של לפחות 120 שעות וניתן לאחסן אותם עד 20 שנה ללא צורך בתחזוקה נוספת במהלך האחסון. כסוג חדש של מוצר ידידותי לסביבה, הם מתאימים לשימוש כתאורת חירום, כלי הוראה, או טעינת מכשירים אלקטרוניים במסגרות שונות כגון בתים, בתי מלון, תרחישי כיבוי אש, טיולי דיג, הרפתקאות טיולים, טיולי קמפינג ועוד. הזמנות יתקבלו בברכה!