A
9. Generatiemechanisme van Aluminium-luchtgenerator stroomlamp aangedreven door alkalische elektrolytoplossing en de karakteristieke productie van oplosbaar kaliumaluminaat '(aluminium plaat + elektrolytpoeder + water = generator).
Als zoutwater wordt vervangen door een alkalische elektrolyt, zullen het stroomopwekkingsprincipe en het reactieproces van de aluminium-luchtbatterij verschillen. Hieronder is een gedetailleerde analyse:
De aluminium-luchtbatterij genereert elektriciteit door aluminium te gebruiken als de anode en zuurstof uit de lucht als de kathode in een kaliumhydroxide (KOH) alkalische elektrolytoplossing door een redoxreactie.
Gedetailleerd reactieproces:
1. Anode (aluminiumelektrode): Aluminium ondergaat een oxidatiereactie in een alkalische omgeving, die elektronen verliezen en aluminaationen vormen. Vanwege de aanwezigheid van kaliumhydroxide bestaat het gegenereerde aluminaat voornamelijk in de vorm van tetrahydroxoaluminaationen [AL (OH) ₄] ⁻) in de oplossing.
AL + 4OH⁻ → [AL (OH) ₄] ⁻ + 3E−
2. Kathode (luchtelektrode): Zuurstof uit de lucht wordt verminderd op het kathodeoppervlak en reageert met water om hydroxide -ionen te vormen (OH⁻). Dit proces vereist meestal een katalysator om de activeringsenergie te verlagen, zoals geactiveerde koolstof of andere niet-waardevolle metaalkatalysatoren.
O₂ + 2h₂o + 4e⁻ → 4OH⁻
3. Elektrolyt (KOH -oplossing): de kaliumhydroxide -oplossing biedt een hoge concentratie hydroxide -ionen, waardoor de oxidatie van aluminium en de reductie van zuurstof wordt bevorderd. Tegelijkertijd fungeert het als een ionische geleider en handhaaft het ladingsbalans binnen de batterij.
4. Algemene reactie: het combineren van de anode- en kathodebereacties geeft de algehele reactievergelijking. Om de ladingen en het aantal atomen in evenwicht te brengen, is het meestal gebaseerd op 4 aluminiumatomen:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [AL (OH) ₄]
Of geschreven in ionische vorm:
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [AL (OH) ₄] ⁻
5. Reactieproducten: het belangrijkste product van de reactie is kaliumtetrahydroxoaluminaat (k [al (oh) ₄]), die oplost in de KOH -oplossing. In sommige gevallen, als de oplossing oververzadigd is, kan aluminium hydroxide (AL (OH) ₃) neerslag vormen.
A
Dditional Notes:
Passiveringsfilm: in niet-alkalische of zwak alkalische omgevingen vormt zich een oxidefilm gemakkelijk op het aluminiumoppervlak en belemmert de reactie. In KOH-oplossingen met hoge concentratie wordt deze oxidefilm echter opgelost, zodat aluminium kan blijven oxideren.
Waterstofevolutiereactie (HER): onder alkalische omstandigheden kan aluminium ook een waterstofevolutiereactie ondergaan, wat een nevenreactie is die de efficiëntie van de batterij vermindert.
2AL + 6H₂O + 2OH⁻ → 2 [AL (OH) ₄] ⁻ + 3H₂
Om de waterstofevolutiereactie te onderdrukken, worden sommige legeringselementen of remmers meestal toegevoegd.
Praktische toepassingen: aluminium-luchtbatterijen hebben een zeer hoge theoretische energiedichtheid, maar praktische toepassingen worden beïnvloed door verschillende factoren, zoals de concentratie van de elektrolyt, temperatuur en stroomdichtheid.
Samenvatting:
De batterij genereert elektrische energie door de oxidatie van aluminium en de reductie van zuurstof, waarbij het eindproduct voornamelijk kaliumtetrahydroxoaluminaat
K [AL (OH) ₄] opgelost is in de elektrolyt.
In elektrolytpoeder kaliumhydroxide KOH) oplossing is het reactieprincipe als volgt:
| Stap |
Vergelijking |
Uitleg |
|
| Anode (hoofd) |
AL + 4OH⁻ → [AL (OH) ₄] ⁻ + 3E⁻ |
Aluminium oxidatie |
|
| Kathode (hoofd) |
O₂ + 2h₂o + 4e⁻ → 4OH⁻ |
Zuurstofreductie |
|
| AL3⁺precipitatie |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [AL (OH) ₄] ⁻ |
AL3⁺precipitatie |
|
| Algemene reactie |
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [AL (OH) ₄]
of
4AL + 3O₂ + 6H₂O + 4KOH → 4KALO₂ ⋅XH2O
|
Eindproducten van de hoofdreactie zijn in water oplosbare 4K [AL (OH) ₄] of kalo₂ |
|
| Anode -zijreactie |
2AL + 6H₂O → 2AL (OH) ₃ ↓ + 3H₂ ↑ |
Waterstofevolutie |
|
Het gebruik langer dan 2 uur stoppen
Als u de lamp niet meer dan 2 uur gebruikt, giet u de elektrolyt of zoutwater uit om de elektrochemische reactie volledig te stoppen, dit helpt onnodig vermogensverlies te voorkomen.
Dagelijkse controle op stroombaarheid
Moniteer het aluminiumhydroxide in de lamp, met de vaste deeltjes Stop met soepel stroomt, giet de oude oplossing uit en vervang deze door verse elektrolyt of zout water, LF te lang vertrokken, de deeltjes kunnen harden, waardoor het reinigen moeilijk is.
Langdurige opslag
Leg de elektrolytoplossing of zoutwater voordat u de lamp opslaat, maak het batterijcompartiment en de elektrodeplaten schoon en houd ze droog. Dit voorkomt schade en houdt uw lamp in goede staat voor toekomstig gebruik.
⚠ Waarschuwing:
Controleer regelmatig de elektrolytvloeibaarheid ⚠
Gebruik van de
Aluminium-luchtgenerator voor meer dan 8 uur: als u de generator meer dan 8 uur continu moet gebruiken, zijn er twee opties. Als u het 8 uur nadert, controleert u het vloeistofniveau in de kamers om ervoor te zorgen dat het de elektrodeplaten nog steeds volledig onderdompelt. Als het waterniveau is gedaald, voeg dan een kleine hoeveelheid water toe als dat nodig is. Als er geen water beschikbaar is en u de generator moet blijven gebruiken, opent u de dop met bovenste schroefdraad om warmte te verdrijven. Dit voorkomt oververhitting en zorgt voor stabiele prestaties.
Controleer regelmatig de zoutwatervloeibaarheid ⚠
De vloeibaarheid van het zoutwater moet elke 4-6 uur worden gecontroleerd, afhankelijk van het stroomverbruik van het aangesloten apparaat.
❌ Als de vloeistof dik of minder vloeiend wordt, kan deze de prestaties beïnvloeden.
✅ Om een optimale werking te garanderen, rein en vervang deze indien nodig onmiddellijk door vers zoutwater.
Om door te gaan deel 3
