א
9. מנגנון הדור של מנורת חשמל מחולל אלומיניום אוויר מונעת על ידי תמיסת אלקטרוליטים אלקליין והייצור האופייני לה של אשלגן אלומינאט מסיס' (לוח אלומיניום + אבקת אלקטרוליט + מים = מחולל).
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 על ידי שימוש באלומיניום כאנודה ובחמצן מהאוויר כקתודה בתמיסת אלקטרוליט אלקליין אשלגן הידרוקסיד (KOH) באמצעות תגובת חיזור.
תהליך תגובה מפורט:
1. אנודה (אלקטרודת אלומיניום): האלומיניום עובר תגובת חמצון בסביבה אלקלית, מאבד אלקטרונים ויוצר יוני אלומינאט. בשל נוכחות אשלגן הידרוקסיד, האלומינאט הנוצר קיים בעיקר בצורה של יוני טטרהידרוקסואלומינאט [Al(OH)₄]⁻) בתמיסה.
Al + 4OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ + 3e−
2. קתודה (אלקטרודת אוויר): החמצן מהאוויר מופחת על פני הקתודה, מגיב עם מים ליצירת יוני הידרוקסיד (OH⁻). תהליך זה דורש בדרך כלל זרז להורדת אנרגיית ההפעלה, כגון פחמן פעיל או זרזים אחרים של מתכות לא יקרות.
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
3. אלקטרוליט (תמיסת KOH): תמיסת האשלגן הידרוקסיד מספקת ריכוז גבוה של יוני הידרוקסיד, מקדמת את חמצון האלומיניום והפחתת החמצן. במקביל, הוא פועל כמוליך יוני, שומר על איזון המטען בתוך הסוללה.
4. תגובה כוללת: שילוב של תגובות האנודה והקתודה נותן את משוואת התגובה הכוללת. כדי לאזן את המטענים ומספר האטומים, הוא מבוסס בדרך כלל 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. תוצרי תגובה: התוצר העיקרי של התגובה הוא אשלגן טטרהידרוקסואלומינאט (K[Al(OH)₄]), שמתמוסס בתמיסת KOH. במקרים מסוימים, אם התמיסה רוויה יתר על המידה, עלולים להיווצר משקעים של אלומיניום הידרוקסיד (Al(OH)₃).
הערות נוספות
:
סרט פסיביות: בסביבות לא אלקליות או אלקליות חלשות, סרט תחמוצת נוצר בקלות על פני האלומיניום, מה שמפריע לתגובה. עם זאת, בתמיסות KOH בריכוז גבוה, סרט תחמוצת זה מומס, מה שמבטיח שאלומיניום יכול להמשיך להתחמצן.
תגובת התפתחות מימן (HER): בתנאים אלקליים, אלומיניום עשוי לעבור גם תגובת התפתחות מימן, שהיא תגובה צדדית שמפחיתה את יעילות הסוללה.
2Al + 6H₂O + 2OH⁻ → 2[Al(OH)₄]⁻ + 3H₂
כדי לדכא את תגובת התפתחות המימן, בדרך כלל מוסיפים כמה יסודות סגסוגת או מעכבים.
יישומים מעשיים: לסוללות אלומיניום-אוויר יש צפיפות אנרגיה תיאורטית גבוהה מאוד, אך יישומים מעשיים מושפעים מגורמים שונים, כגון ריכוז האלקטרוליט, טמפרטורה וצפיפות הזרם.
סיכום:
הסוללה מייצרת אנרגיה חשמלית באמצעות חמצון של אלומיניום והפחתת חמצן, כאשר התוצר הסופי הוא בעיקר אשלגן טטרהידרוקסואלומינייט
K[Al(OH)₄] המומס באלקטרוליט.
בתמיסת אלקטרוליט אבקת אשלגן הידרוקסיד KOH), עקרון התגובה הוא כדלקמן:
| שָׁלָב |
משוואה |
הֶסבֵּר |
|
| אנודה (ראשית) |
Al + 4OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ + 3e⁻ |
חמצון אלומיניום |
|
| קתודה (עיקרית) |
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ |
הפחתת חמצן |
|
| Al3⁺ משקעים |
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4[Al(OH)₄]⁻ |
Al3⁺ משקעים |
|
| תגובה כללית |
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K[Al(OH)₄]
אוֹ
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KAlO₂ ⋅xH2O
|
התוצרים הסופיים של התגובה העיקרית הם 4K[Al(OH)₄] או KAlO₂ מסיס במים |
|
| תגובה צדדית של האנודה |
2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂↑ |
אבולוציה של מימן |
|
10. גרסת אחסון, ניקוי ומים ותחזוקה
הפסקת השימוש ליותר משעתיים
אם לא תשתמש במנורה במשך יותר משעתיים, שפך את האלקטרוליט או את מי המלח כדי לעצור לחלוטין את התגובה האלקטרוכימית, זה עוזר למנוע אובדן חשמל מיותר.
בדיקה יומית של יכולת זרימה
עקוב אחר אלומיניום הידרוקסיד בתוך המנורה, אם החלקיקים המוצקים מפסיקים לזרום בצורה חלקה, שפכו את התמיסה הישנה והחליפו אותה באלקטרוליט טרי או מים מלוחים, אם יישארו זמן רב מדי, החלקיקים עלולים להתקשות, ולהקשות על הניקוי.
אחסון לטווח ארוך
לפני אחסון המנורה, רוקנו את תמיסת האלקטרוליט או את מי המלח, נקו את תא הסוללה ואת לוחות האלקטרודות, והשאירו אותם יבשים. זה מונע נזק ושומר על המנורה שלך במצב טוב לשימוש עתידי.
⚠ אזהרה:
בדוק את נזילות האלקטרוליט באופן קבוע ⚠
שימוש ב-
מחולל אלומיניום-אוויר ליותר מ-8 שעות: אם אתה צריך להשתמש בגנרטור ברציפות במשך יותר מ-8 שעות, ישנן שתי אפשרויות. ראשית, כאשר אתה מתקרב לסימן 8 השעות, בדוק את מפלס הנוזל בחדרים כדי לוודא שהוא עדיין טובל במלואו את לוחות האלקטרודה. אם מפלס המים ירד, הוסף כמות קטנה של מים לפי הצורך. אם אין מים זמינים ואתה צריך להמשיך להשתמש בגנרטור, פתח את מכסה ההברגה העליון כדי לעזור בפיזור החום. זה ימנע התחממות יתר ויבטיח ביצועים יציבים.
בדוק את נזילות המים המלוחים באופן קבוע ⚠
יש לבדוק את נזילות המים המלוחים כל 4-6 שעות, בהתאם לצריכת החשמל של המכשיר המחובר.
❌ אם הנוזל נעשה סמיך או פחות נוזלי, זה יכול להשפיע על הביצועים.
✅ להבטחת פעולה מיטבית, נקו והחליפו במי מלח טריים מיד במידת הצורך.
המשך חלק 3