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바닷물이 알칼리 전해질로 교체되면 알루미늄 공기 배터리의 발전 원리 및 반응 과정이 다릅니다. 아래는 자세한 분석입니다.
알루미늄-공기 배터리는 산화 환원 반응을 통해 수산화 칼륨 (KOH) 알칼리 전해질 용액의 음극으로서 양극으로서 알루미늄을 사용하여 전기를 생성합니다.
자세한 반응 과정 :
1. 양극 (알루미늄 전극) : 알루미늄은 알칼리 환경에서 산화 반응을 겪고 전자를 잃고 알루미 네이트 이온을 형성합니다. 수산화 칼륨의 존재로 인해, 생성 된 알루미 네이트는 주로 용액에서 테트라 하이드 록스 소아미 네이트 이온 [Al (OH) ₄] ⁻)의 형태로 존재한다.
al + 4oh⁻ → [al (OH) ₄] ⁻ + 3e-
2. 캐소드 (공기 전극) : 공기로부터의 산소는 캐소드 표면에서 감소하여 물과 반응하여 수산화물 이온을 형성한다 (OH⁻). 이 공정은 일반적으로 활성화 탄소 또는 기타 비 배정 금속 촉매와 같은 활성화 에너지를 낮추기 위해 촉매가 필요합니다.
o₂ + 2h₂o + 4e⁻ → 4oh⁻
3. 전해질 (KOH 용액) : 수산화 칼륨 용액은 고농도의 수산화물 이온을 제공하여 알루미늄의 산화 및 산소 감소를 촉진합니다. 동시에, 그것은 배터리 내에서 충전 균형을 유지하는 이온 도체 역할을합니다.
4. 전반적인 반응 : 양극과 음극 반응을 결합하면 전체 반응 방정식이 제공됩니다. 원자의 전하 및 수의 균형을 맞추기 위해 일반적으로 4 개의 알루미늄 원자를 기반으로합니다.
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [al (OH) ₄]
또는 이온 형태로 작성 :
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [al (OH) ₄] ⁻
5. 반응 생성물 : 반응의 주요 생성물은 KOH 용액에 용해되는 Tetrahydroxoaluminate (K [Al (OH) ₄]) 칼륨입니다. 어떤 경우에는 용액이 과포화 된 경우 알루미늄 수산화 알루미늄 (Al (OH) ₃) 침전물이 형성 될 수있다.
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메모 :
수파화 필름 : 비 알칼리 또는 약한 알칼리 환경에서 산화물 필름은 알루미늄 표면에 쉽게 형성되어 반응을 방해합니다. 그러나, 높은 농도 KOH 용액에서,이 산화물 필름은 용해되어 알루미늄이 계속 산화 될 수 있도록한다.
수소 진화 반응 (HER) : 알칼리성 조건 하에서 알루미늄은 또한 수소 진화 반응을 겪을 수 있으며, 이는 배터리의 효율을 감소시키는 부작용이다.
2AL + 6H₂O + 2OH⁻ → 2 [al (OH) ₄] ⁻ + 3H₂
수소 진화 반응을 억제하기 위해, 일부 합금 요소 또는 억제제가 일반적으로 첨가된다.
실제 응용 : 알루미늄 공기 배터리는 이론적 에너지 밀도가 매우 높지만 실제 응용은 전해질, 온도 및 전류 밀도의 농도와 같은 다양한 요인에 영향을받습니다.
요약 :
배터리는 알루미늄의 산화와 산소 감소를 통해 전기 에너지를 생성하며, 최종 생성물은 주로 전해질에 용해 된 Tetrahydroxoaluminate
k [Al (OH) ₄] 칼륨입니다.
전해질 분말 칼륨 수산화물 KOH) 용액에서, 반응 원리는 다음과 같습니다.
단계 |
방정식 |
설명 |
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양극 (메인) |
al + 4oh⁻ → [al (OH) ₄] ⁻ + 3e⁻ |
알루미늄 산화 |
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음극 (메인) |
o₂ + 2h₂o + 4e⁻ → 4oh⁻ |
산소 감소 |
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al3.. incipitation |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [al (OH) ₄] ⁻ |
al3.. incipitation |
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전반적인 반응 |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [al (OH) ₄]
또는
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KALO₂ ⋅XH2O
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주요 반응의 최종 생성물은 수용성 4K [Al (OH) ₄] 또는 Kalo₂입니다. |
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애노드 부작용 반응 |
2AL + 6H₂O → 2AL (OH) ₃ ↓ + 3H₂ ↑ |
수소 진화 |
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10. 저장, 청소 및 물 버전 및 유지 보수
2 시간 이상 사용 중지
램프를 2 시간 이상 사용하지 않으면 전기 화학적 반응을 완전히 막기 위해 전해질이나 바닷물을 붓고 불필요한 전력 손실을 방지하는 데 도움이됩니다.
흐름성을 매일 점검하십시오
램프 내부의 알루미늄을 모니터링하고, 고체 입자가 부드럽게 흐르지 않고, 오래된 용액을 부어 신선한 전해질이나 바닷물로 교체하고, LF가 너무 오래 남았으므로 입자가 굳어 질 수 있습니다.
장기 저장
램프를 저장하기 전에 전해질 용액 또는 바닷물을 비우고 배터리 실과 전극 플레이트를 청소하고 건조시킵니다. 이것은 손상을 방지하고 향후 사용을 위해 램프를 양호한 상태로 유지합니다.
⚠ 경고 :
전해질 유동성을 정기적으로 점검하십시오
사용
알루미늄-공기 발생기 8 시간 이상 : 8 시간 이상 지속적으로 발전기를 사용해야하는 경우 두 가지 옵션이 있습니다. 먼저, 8 시간 마크에 접근 할 때 챔버의 액체 레벨을 점검하여 전극 플레이트를 완전히 담그십시오. 수위가 떨어지면 필요에 따라 소량의 물을 추가하십시오. 물을 사용할 수없고 발전기를 계속 사용해야하는 경우 상단 나사산 캡을 열어 열을 방출하십시오. 이렇게하면 과열을 방지하고 안정적인 성능을 보장합니다.
정기적으로 바닷물 유동성을 점검하십시오
바닷물의 유동성은 연결된 장치의 전력 소비에 따라 4-6 시간마다 점검해야합니다.
❌ 액체가 두껍거나 유동화되면 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
최적의 작동을 보장하려면 필요한 경우 즉시 신선한 바닷물로 청소하고 교체하십시오.
계속하려면 Part 3