А
Хэрэв давстай усыг шүлтлэг электролитээр сольсон бол хөнгөн цагаан-агаарын батерейны эрчим хүч үйлдвэрлэх зарчим, урвалын процесс өөр өөр байх болно. Нарийвчилсан шинжилгээг доор харуулав.
Хөнгөн цагаан-агаарын батерей нь калийн гидроксидын (KOH) шүлтлэг электролитийн уусмал дахь исэлдэлтийн урвалаар хөнгөн цагааныг анод, агаараас хүчилтөрөгчийг катод болгон ашиглах замаар цахилгаан үүсгэдэг.
Нарийвчилсан урвалын үйл явц:
1. Анод (Хөнгөн цагааны электрод): Хөнгөн цагаан нь шүлтлэг орчинд исэлдэх урвалд орж электроноо алдаж, алюминат ион үүсгэдэг. Калийн гидроксид агуулагддаг тул үүссэн алюминат нь үндсэндээ уусмалд тетрагидроксоалюминатын ион [Al(OH)₄]⁻) хэлбэрээр байдаг.
Al + 4OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ + 3e−
2. Катод (Агаарын электрод): Агаар дахь хүчилтөрөгч катодын гадаргуу дээр буурч, устай урвалд орж гидроксидын ион (OH⁻) үүсдэг. Энэ процесс нь идэвхжүүлсэн нүүрс эсвэл бусад үнэт металлын катализатор гэх мэт идэвхжүүлэлтийн энергийг бууруулахын тулд катализатор шаарддаг.
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
3. Электролит (KOH уусмал): Калийн гидроксидын уусмал нь гидроксидын ионуудын өндөр концентрацийг хангаж, хөнгөн цагааны исэлдэлт, хүчилтөрөгчийн бууралтыг дэмждэг. Үүний зэрэгцээ энэ нь батерейны цэнэгийн тэнцвэрийг хадгалах ионы дамжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.
4. Ерөнхий урвал: Анод ба катодын урвалыг нэгтгэснээр ерөнхий урвалын тэгшитгэл гарна. Атомын цэнэг ба тоог тэнцвэржүүлэхийн тулд ихэвчлэн 4 хөнгөн цагаан атом дээр суурилдаг.
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K[Al(OH)₄]
Эсвэл ион хэлбэрээр бичсэн:
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4[Al(OH)₄]⁻
5. Урвалын бүтээгдэхүүн: Урвалын үндсэн бүтээгдэхүүн нь KOH уусмалд уусдаг калийн тетрагидроксоалюминат (K[Al(OH)₄]) юм. Зарим тохиолдолд уусмал хэт ханасан бол хөнгөн цагааны гидроксид (Al(OH)₃) тунадас үүсч болно.
Нэмэлт
тэмдэглэл:
Идэвхгүй хальс: Шүлтгүй эсвэл сул шүлтлэг орчинд хөнгөн цагаан гадаргуу дээр оксидын хальс амархан үүсч, урвалд саад болдог. Гэсэн хэдий ч өндөр концентрацитай KOH уусмалд энэ оксидын хальс уусч, хөнгөн цагаан исэлдсээр байх болно.
Устөрөгчийн хувьслын урвал (HER): Шүлтлэг нөхцөлд хөнгөн цагаан нь устөрөгч ялгаруулах урвалд ордог бөгөөд энэ нь зайны үр ашгийг бууруулдаг гаж урвал юм.
2Al + 6H₂O + 2OH⁻ → 2[Al(OH)₄]⁻ + 3H₂
Устөрөгчийн хувьслын урвалыг дарахын тулд зарим хайлшийн элементүүд эсвэл дарангуйлагчдыг ихэвчлэн нэмдэг.
Практик хэрэглээ: Хөнгөн цагаан-агаарын батерей нь онолын хувьд маш өндөр эрчим хүчний нягттай боловч практик хэрэглээнд электролитийн концентраци, температур, гүйдлийн нягт зэрэг янз бүрийн хүчин зүйл нөлөөлдөг.
Дүгнэлт:
Батерей нь хөнгөн цагааныг исэлдүүлэх, хүчилтөрөгчийг багасгах замаар цахилгаан энерги үүсгэдэг бөгөөд эцсийн бүтээгдэхүүн нь
K[Al(OH)₄] юм. электролитэд ууссан калийн тетрагидроксоалюминат
Электролитийн нунтаг калийн гидроксидын KOH) уусмал дахь урвалын зарчим дараах байдалтай байна.
| Алхам |
Тэгшитгэл |
Тайлбар |
|
| Анод (Үндсэн) |
Al + 4OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ + 3e⁻ |
Хөнгөн цагааны исэлдэлт |
|
| Катод (Үндсэн) |
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ |
Хүчилтөрөгчийн бууралт |
|
| Al3⁺ Хур тунадас |
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4[Al(OH)₄]⁻ |
Al3⁺ Хур тунадас |
|
| Ерөнхий хариу үйлдэл |
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K[Al(OH)₄]
эсвэл
4Al + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KAlO₂ ⋅xH2O
|
Үндсэн урвалын эцсийн бүтээгдэхүүн нь усанд уусдаг 4K[Al(OH)₄] эсвэл KAlO₂ юм. |
|
| Анодын хажуугийн урвал |
2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂↑ |
Устөрөгчийн хувьсал |
|
10. Хадгалалт, цэвэрлэгээ, усны хувилбар ба засвар үйлчилгээ
2 цагаас илүү хугацаагаар хэрэглэхээ зогсоох
Хэрэв та дэнлүүг 2 цагаас илүү хугацаанд ашиглахгүй бол электролит эсвэл давстай усыг асгаж, цахилгаан химийн урвалыг бүрэн зогсоох нь шаардлагагүй эрчим хүчний алдагдлаас сэргийлнэ.
Урсгах чадварыг өдөр бүр шалгана
Дэнлүүний доторх хөнгөн цагааны гидроксидыг хянаж, хэрэв хатуу хэсгүүд жигд урсахаа больж, хуучин уусмалаа асгаж, шинэ электролит эсвэл давстай усаар солих, хэрэв хэт удаан үлдээвэл хэсгүүд хатуурч, цэвэрлэхэд хэцүү болно.
Урт хугацааны хадгалалт
Дэнлүүг хадгалахын өмнө электролитийн уусмал эсвэл давстай усыг зайлуулж, зайны тасалгаа болон электродын хавтанг цэвэрлэж, хуурай байлгана. Энэ нь гэмтэхээс сэргийлж, таны чийдэнг ирээдүйд ашиглахад тохиромжтой нөхцөлд байлгадаг.
⚠ Анхааруулга:
Электролитийн шингэнийг тогтмол шалгаж байх ⚠
-г ашиглан
Хөнгөн цагаан-агаар үүсгэгчийг 8 цагаас дээш хугацаагаар ажиллуулах: Хэрэв та генераторыг 8 цагаас илүү хугацаагаар тасралтгүй ашиглах шаардлагатай бол хоёр сонголттой. Нэгдүгээрт, 8 цагийн тэмдэг рүү ойртоход камерууд дахь шингэний түвшинг шалгаж, энэ нь электродын хавтанг бүрэн дүрж байгаа эсэхийг шалгаарай. Хэрэв усны түвшин буурсан бол шаардлагатай бол бага хэмжээний ус нэмнэ. Хэрэв ус байхгүй бөгөөд генераторыг үргэлжлүүлэн ашиглах шаардлагатай бол дулааныг гадагшлуулахын тулд дээд урсгалтай тагийг нээнэ үү. Энэ нь хэт халалтаас сэргийлж, тогтвортой ажиллагааг хангана.
Давстай усны шингэнийг тогтмол шалгаж байх ⚠
Холбогдсон төхөөрөмжийн эрчим хүчний зарцуулалтаас хамааран давстай усны шингэнийг 4-6 цаг тутамд шалгаж байх ёстой.
❌ Хэрэв шингэн нь зузаан эсвэл бага шингэн болвол гүйцэтгэлд нөлөөлж болно.
✅ Тохиромжтой ажиллуулахын тулд шаардлагатай бол нэн даруй цэвэрлэж, цэвэр давстай усаар солино.
Үргэлжлэл 3-р хэсэг