א
9. מנגנון דור של מנורת כוח גנרטור אלומיניום-אוויר מונעת על ידי תמיסת אלקטרוליט אלקליין וייצורו האופייני של אשלגן מסיס אלומיינט '(צלחת אלומיניום + אבקת אלקטרוליט + מים = גנרטור).
אם מי מלח מוחלפים באלקטרוליט אלקליין, עקרון ייצור החשמל ותהליך התגובה של סוללת האלומיניום-אוויר יהיו שונים. להלן ניתוח מפורט:
סוללת האלומיניום-אוויר מייצרת חשמל באמצעות אלומיניום כאנודה וחמצן מהאוויר כקתודה בתמיסת האלקטרוליט האלקליין האלקליני (KOH) דרך תגובת redox.
תהליך תגובה מפורט:
1. אנודה (אלקטרודה אלומיניום): אלומיניום עובר תגובת חמצון בסביבה אלקליין, מאבד אלקטרונים ויוצר יוני אלומינט. בשל נוכחותו של אשלגן הידרוקסיד, האלומינט שנוצר קיים בעיקר בצורה של יוני טטרהידרוקסואלומינט [Al (OH) ₄] ⁻) בתמיסה.
Al + 4OH⁻ → [Al (OH) ₄] ⁻ + 3E−
2. קתודה (אלקטרודה אוויר): חמצן מהאוויר מצטמצם על פני הקתודה, מגיב עם מים ליצירת יוני הידרוקסיד (OH⁻). תהליך זה בדרך כלל דורש זרז כדי להוריד את אנרגיית ההפעלה, כגון פחמן מופעל או זרזים מתכתיים אחרים שאינם יקרים.
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻
3. אלקטרוליט (תמיסת KOH): תמיסת אשלגן הידרוקסיד מספקת ריכוז גבוה של יוני הידרוקסיד, ומקדמת את חמצון האלומיניום והפחתת החמצן. במקביל, זה משמש כמוליך יוני, ושומר על איזון טעינה בתוך הסוללה.
4. התגובה הכללית: שילוב תגובות האנודה והקתודה מעניק את משוואת התגובה הכוללת. כדי לאזן את המטענים ומספר האטומים, זה בדרך כלל מבוסס על 4 אטומי אלומיניום:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [AL (OH) ₄]
או כתוב בצורה יונית:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [AL (OH) ₄] ⁻
5. מוצרי תגובה: התוצר העיקרי של התגובה הוא אשלגן טטרהידרוקסואלומנט (k [al (OH) ₄]), המתמוסס בתמיסת KOH. במקרים מסוימים, אם הפיתרון מוגזם יתר על המידה, ייתכן שייתולי אלומיניום הידרוקסיד (AL (OH) ₃) עשוי להיווצר.
הערות דדיאליות
:
סרט פסיבציה: בסביבות שאינן אלקליין או אלקליין חלש, סרט תחמוצת נוצר בקלות על פני האלומיניום, ומפריע לתגובה. עם זאת, בתמיסות KOH ריכוז גבוה, סרט תחמוצת זה מתמוסס, ומבטיח כי אלומיניום יכול להמשיך להתחמצן.
תגובת התפתחות מימן (שלה): בתנאים אלקליין, אלומיניום עשוי גם לעבור תגובה להתפתחות מימן, שהיא תגובה לוואי שמפחיתה את יעילות הסוללה.
2Al + 6H₂O + 2OH⁻ → 2 [AL (OH) ₄] ⁻ + 3H₂
כדי לדכא את תגובת התפתחות המימן, בדרך כלל מתווספים כמה יסודות או מעכבים סגסוגת.
יישומים מעשיים: לסוללות אלומיניום-אוויר יש צפיפות אנרגיה תיאורטית גבוהה מאוד, אך יישומים מעשיים מושפעים מגורמים שונים, כמו ריכוז האלקטרוליט, הטמפרטורה וצפיפות הזרם.
סיכום :
הסוללה מייצרת אנרגיה חשמלית באמצעות חמצון של אלומיניום והפחתת החמצן, כאשר המוצר הסופי בעיקר הוא אשלגן טטרהידרוקסואלומינט
k [Al (OH) ₄] מומס באלקטרוליט.
בתמיסה של אבקת אלקטרוליט אשלגן הידרוקסיד KOH), עקרון התגובה הוא כדלקמן:
שָׁלָב |
משוואה |
הֶסבֵּר |
|
אנודה (עיקרית) |
Al + 4OH⁻ → [AL (OH) ₄] ⁻ + 3E⁻ |
חמצון אלומיניום |
|
קתודה (עיקרית) |
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻ |
הפחתת חמצן |
|
Al3⁺ Precipitation |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [AL (OH) ₄] ⁻ |
Al3⁺ Precipitation |
|
התגובה הכללית |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [AL (OH) ₄]
אוֹ
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KALO₂ ⋅XH2O
|
מוצרים סופיים של התגובה העיקרית הם 4K מסיסים במים [AL (OH) ₄] או Kalo₂ |
|
תגובת צד אנודה |
2AL + 6H₂O → 2AL (OH) ₃ ↓ + 3H₂ ↑ |
התפתחות מימן |
|
10. אחסון, ניקוי ומים גרסה ותחזוקה
הפסקת השימוש במשך יותר משעתיים
אם לא תשתמש במנורה יותר משעתיים, שפוך את האלקטרוליט או מי המלח כדי לעצור לחלוטין את התגובה האלקטרוכימית, זה עוזר במניעת אובדן כוח מיותר.
בדיקה יומית אם יש יכולת זרימה
עקוב אחר האלומיניום ההידרוקסיד בתוך המנורה, אם החלקיקים המוצקים מפסיקים לזרום בצורה חלקה, שופכים את התמיסה הישנה והחליפו אותו באלקטרוליט או מי מלח טריים, LF נותרו ארוכים מדי, החלקיקים עלולים להתקשות, מה שמקשה על הניקוי.
אחסון לטווח הארוך
לפני אחסון המנורה, רוקן את תמיסת האלקטרוליט או מי המלח, נקה את תא הסוללה ואת צלחות האלקטרודה ושמור על יבש. זה מונע נזק ושומר על המנורה שלך במצב טוב לשימוש עתידי.
⚠ אזהרה:
בדוק את נזילות האלקטרוליט באופן קבוע ⚠
באמצעות
גנרטור אלומיניום-אוויר במשך יותר משמונה שעות: אם אתה צריך להשתמש בגנרטור ברציפות במשך יותר מ 8 שעות, ישנן שתי אפשרויות. ראשית, כשאתה ניגש לסימן 8 שעות, בדוק את רמת הנוזל בתאים כדי להבטיח שהיא עדיין מושקעת במלואם את לוחות האלקטרודה. אם מפלס המים ירד, הוסף כמות קטנה של מים לפי הצורך. אם מים אינם זמינים ועליך להמשיך להשתמש בגנרטור, פתח את הכובע הגבוה ביותר עם הברגה כדי לסייע בפיזור החום. זה ימנע התחממות יתר ותבטיח ביצועים יציבים.
בדוק את נזילות מי המלח באופן קבוע ⚠
יש לבדוק את נזילות מי המלח כל 4-6 שעות, תלוי בצריכת החשמל של המכשיר המחובר.
❌ אם הנוזל הופך להיות נוזל עבה או פחות, הוא יכול להשפיע על הביצועים.
✅ כדי להבטיח פעולה אופטימלית, לנקות ולהחליף אותם במי מלח טריים באופן מיידי במידת הצורך.
להמשיך בחלק 3