А
Егер тұзды су сілтілі электролитпен ауыстырылса, алюминий-ауа батареясының қуат алу принципі мен реакция процесі басқаша болады. Төменде егжей-тегжейлі талдау берілген:
Алюминий-ауа батареясы тотығу-тотықсыздану реакциясы арқылы калий гидроксиді (KOH) сілтілі электролит ерітіндісіндегі катод ретінде алюминийді анод ретінде және ауадан оттегін пайдалану арқылы электр энергиясын жасайды.
Егжей-тегжейлі реакция процесі:
1. Анод (алюминий электроды): алюминий сілтілі ортада тотығу реакциясына түсіп, электрондарын жоғалтады және алюминат иондарын түзеді. Құрамында калий гидроксиді болғандықтан, түзілетін алюминат негізінен ерітіндіде тетрагидроксоалюминат иондары [Al(OH)₄]⁻) түрінде болады.
Al + 4OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ + 3e−
2. Катод (ауа электроды): ауадағы оттегі катод бетінде азайып, сумен әрекеттесіп, гидроксид иондарын (OH⁻) түзеді. Бұл процесс әдетте активтендірілген көмір немесе басқа бағалы емес металл катализаторлары сияқты белсендіру энергиясын төмендету үшін катализаторды қажет етеді.
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
3. Электролит (KOH ерітіндісі): Калий гидроксиді ерітіндісі алюминийдің тотығуына және оттегінің азаюына ықпал ететін гидроксид иондарының жоғары концентрациясын қамтамасыз етеді. Бір мезгілде ол аккумулятордағы заряд тепе-теңдігін сақтай отырып, иондық өткізгіш ретінде әрекет етеді.
4. Жалпы реакция: анодтық және катодтық реакцияларды біріктіру жалпы реакция теңдеуін береді. Зарядтар мен атомдардың санын теңестіру үшін ол әдетте 4 алюминий атомына негізделген:
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K[Al(OH)₄]
Немесе иондық түрде жазылған:
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4[Al(OH)₄]⁻
5. Реакция өнімдері: Реакцияның негізгі өнімі КОН ерітіндісінде еритін калий тетрагидроксоалюминаты (K[Al(OH)₄]). Кейбір жағдайларда ерітінді шамадан тыс қаныққан болса, алюминий гидроксиді (Al(OH)₃) тұнбасы түзілуі мүмкін.
Қосымша
ескертулер:
Пассивациялық пленка: сілтілі емес немесе әлсіз сілтілі ортада алюминий бетінде оксидті қабық оңай түзіліп, реакцияға кедергі келтіреді. Дегенмен, жоғары концентрациялы KOH ерітінділерінде бұл оксидті қабықша ерітіліп, алюминийдің тотығуын жалғастыру мүмкіндігін қамтамасыз етеді.
Сутегінің бөліну реакциясы (HER): сілтілі жағдайларда алюминий сутегінің бөліну реакциясына да ұшырауы мүмкін, бұл батареяның тиімділігін төмендететін жанама реакция.
2Al + 6H₂O + 2OH⁻ → 2[Al(OH)₄]⁻ + 3H₂
Сутегінің бөліну реакциясын басу үшін әдетте кейбір легирленген элементтер немесе ингибиторлар қосылады.
Практикалық қолданулар: Алюминий-ауа батареялары өте жоғары теориялық энергия тығыздығына ие, бірақ практикалық қолданбаларға электролит концентрациясы, температура және ток тығыздығы сияқты әртүрлі факторлар әсер етеді.
Қысқаша мазмұны:
Батарея алюминийдің тотығуы және оттегінің тотықсыздануы арқылы электр энергиясын өндіреді, соңғы өнім негізінен
K[Al(OH)₄] болып табылады. электролитте ерітілген калий тетрагидроксоалюминаты
Электролит ұнтағы калий гидроксиді KOH) ерітіндісінде реакция принципі келесідей:
| Қадам |
Теңдеу |
Түсіндіру |
|
| Анод (негізгі) |
Al + 4OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ + 3e⁻ |
Алюминийдің тотығуы |
|
| Катод (негізгі) |
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ |
Оттегінің азаюы |
|
| Al3⁺Жауын-шашын |
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4[Al(OH)₄]⁻ |
Al3⁺Жауын-шашын |
|
| Жалпы реакция |
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K[Al(OH)₄]
немесе
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KAlO₂ ⋅xH2O
|
Негізгі реакцияның соңғы өнімдері суда еритін 4K[Al(OH)₄] немесе KAlO₂ болып табылады. |
|
| Анодтық бүйірлік реакция |
2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂↑ |
Сутегі эволюциясы |
|
10. Сақтау, тазалау және су нұсқасы және техникалық қызмет көрсету
2 сағаттан астам пайдалануды тоқтату
Шамды 2 сағаттан артық пайдаланбайтын болсаңыз, электрохимиялық реакцияны толығымен тоқтату үшін электролит немесе тұзды суды төгіп тастаңыз, бұл қажетсіз қуат жоғалуын болдырмауға көмектеседі.
Ағымдылықты күнделікті тексеру
Шамның ішіндегі алюминий гидроксидін қадағалаңыз, егер қатты бөлшектер біркелкі ағуын тоқтатса, ескі ерітіндіні төгіп, оны жаңа электролитпен немесе тұзды сумен ауыстырыңыз, тым ұзақ қалдырсаңыз, бөлшектер қатып, тазалауды қиындатады.
Ұзақ мерзімді сақтау
Шамды сақтау алдында электролит ерітіндісін немесе тұзды суды босатыңыз, батарея бөлімі мен электрод тақталарын тазалаңыз және оларды құрғақ күйде ұстаңыз. Бұл зақымдануды болдырмайды және шамды болашақта пайдалану үшін жақсы күйде сақтайды.
⚠ Ескерту:
Электролиттің сұйықтығын жүйелі түрде тексеріңіз ⚠
пайдалану
алюминий-ауа генераторы : генераторды 8 сағаттан астам үздіксіз пайдалану қажет болса, екі нұсқа бар. 8 сағаттан астам Алдымен, 8 сағаттық белгіге жақындаған кезде, оның электрод пластиналарын әлі де толығымен суға батыратынына көз жеткізу үшін камералардағы сұйықтық деңгейін тексеріңіз. Су деңгейі төмендесе, қажетінше аз мөлшерде су қосыңыз. Егер су жоқ болса және генераторды пайдалануды жалғастыру қажет болса, жылуды таратуға көмектесу үшін жоғарғы бұрандалы қақпақты ашыңыз. Бұл қызып кетуді болдырмайды және тұрақты өнімділікті қамтамасыз етеді.
Тұзды судың сұйықтығын үнемі тексеріп отырыңыз ⚠
Тұзды судың ағындылығы қосылған құрылғының қуат тұтынуына байланысты әр 4-6 сағат сайын тексерілуі керек.
❌ Егер сұйықтық қоюланып немесе азырақ сұйықтыққа айналса, бұл өнімділікке әсер етуі мүмкін.
✅ Оңтайлы жұмыс істеу үшін оны тазалап, қажет болған жағдайда дереу тұщы тұзды сумен ауыстырыңыз.
Жалғасы 3-бөлім