EN
9. Generasjonsmekanisme av Aluminium-luft generator strømlampe drevet av alkalisk elektrolyttløsning og dens karakteristiske produksjon av oppløselig kaliumaluminat '(aluminiumplate + elektrolyttpulver + vann = generator).
Hvis saltvann erstattes med en alkalisk elektrolytt, vil kraftproduksjonsprinsippet og reaksjonsprosessen til aluminium-luftbatteriet variere. Nedenfor er en detaljert analyse:
Aluminium-luftbatteriet genererer strøm ved å bruke aluminium som anode og oksygen fra luften som katoden i en kaliumhydroksyd (KOH) alkalisk elektrolyttløsning gjennom en redoksreaksjon.
Detaljert reaksjonsprosess:
1. Anode (aluminiumelektrode): Aluminium gjennomgår en oksidasjonsreaksjon i et alkalisk miljø, mister elektroner og danner aluminationer. På grunn av tilstedeværelsen av kaliumhydroksyd eksisterer det genererte aluminatet først og fremst i form av tetrahydroxoaluminationer [al (OH) ₄] ⁻) i løsningen.
Al + 4oh⁻ → [al (oh) ₄] ⁻ + 3e−
2. Katode (luftelektrode): Oksygen fra luften reduseres på katodeoverflaten, og reagerer med vann for å danne hydroksydioner (OH⁻). Denne prosessen krever typisk en katalysator for å senke aktiveringsenergien, for eksempel aktivert karbon eller andre ikke-bedragende metallkatalysatorer.
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻
3. Elektrolytt (KOH -løsning): Kaliumhydroksydløsningen gir en høy konsentrasjon av hydroksydioner, og fremmer oksidasjon av aluminium og reduksjon av oksygen. Samtidig fungerer den som en ionisk leder, og opprettholder ladebalansen i batteriet.
4. Generell reaksjon: Kombinasjon av anode- og katode -reaksjonene gir den totale reaksjonsligningen. For å balansere ladningene og antallet atomer, er det vanligvis basert på 4 aluminiumatomer:
4al + 3o₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [Al (OH) ₄]
Eller skrevet i ionisk form:
4al + 3o₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [Al (OH) ₄] ⁻
5. Reaksjonsprodukter: Hovedproduktet av reaksjonen er kalium tetrahydroxoaluminat (K [Al (OH) ₄]), som oppløses i KOH -løsningen. I noen tilfeller, hvis løsningen er overmettet, kan aluminiumhydroksyd (Al (OH) ₃) bunnfall dannes.
En
dditional notater:
Passivasjonsfilm: I ikke-alkaliske eller svakt alkaliske miljøer dannes en oksidfilm lett på aluminiumoverflaten, og hindrer reaksjonen. I imidlertid KOH-løsninger med høy konsentrasjon er denne oksidfilmen oppløst, noe som sikrer at aluminium kan fortsette å oksidere.
Hydrogenutviklingsreaksjon (HER): Under alkaliske forhold kan aluminium også gjennomgå en hydrogenutviklingsreaksjon, som er en badeaksjon som reduserer effektiviteten til batteriet.
2al + 6H₂o + 2OH⁻ → 2 [Al (OH) ₄] ⁻ + 3H₂
For å undertrykke hydrogenutviklingsreaksjonen blir noen legeringselementer eller hemmere vanligvis tilsatt.
Praktiske anvendelser: Aluminium-luftbatterier har en veldig høy teoretisk energitetthet, men praktiske anvendelser påvirkes av forskjellige faktorer, for eksempel konsentrasjonen av elektrolytten, temperaturen og strømtettheten.
Sammendrag :
Batteriet genererer elektrisk energi gjennom oksidasjon av aluminium og reduksjon av oksygen, med sluttproduktet som først og fremst er kaliumtrahydroxoaluminat
K [Al (OH) ₄] oppløst i elektrolyten.
I elektrolyttpulver kaliumhydroksyd KOH) løsning er reaksjonsprinsippet som følger:
Skritt |
Ligning |
Forklaring |
|
Anode (hoved) |
Al + 4oh⁻ → [Al (OH) ₄] ⁻ + 3E⁻ |
Aluminiumoksidasjon |
|
Katode (hoved) |
O₂ + 2H₂O + 4E⁻ → 4OH⁻ |
Oksygenreduksjon |
|
AL3⁺ PRESIPITASJON |
4al + 3o₂ + 6H₂O + 4OH⁻ → 4 [Al (OH) ₄] ⁻ |
AL3⁺ PRESIPITASJON |
|
Generell reaksjon |
4al + 3o₂ + 6H₂O + 4KOH → 4K [Al (OH) ₄]
eller
4al + 3o₂ + 6H₂O + 4KOH → 4Kalo₂ ⋅xh2o
|
Avsluttende produkter av hovedreaksjonen er vannløselig 4K [Al (OH) ₄] eller kalo₂ |
|
Anodes bivirkning |
2AL + 6H₂O → 2AL (OH) ₃ ↓ + 3H₂ ↑ |
Hydrogenutvikling |
|
10. Lagring, rengjøring og vannversjon og vedlikehold
Stopper bruk i mer enn 2 timer
Hvis du ikke bruker lampen i mer enn 2 timer, hell ut elektrolytten eller saltvannet for å stoppe den elektrokjemiske reaksjonen fullstendig, hjelper dette med å forhindre unødvendig strømtap.
Daglig sjekk for flytbarhet
Overvåk aluminiumhydroksydet inne i lampen. LF de faste partiklene slutter å renne jevnt, hell ut den gamle løsningen og erstatt den med fersk elektrolytt eller saltvann, LF venstre for lang, partiklene kan herde, noe som gjør rengjøringen vanskelig.
Langsiktig lagring
Før du oppbevarer lampen, kan du tømme elektrolyttløsningen eller saltvannet, rengjør batterirommet og elektrodeplatene, og hold dem tørre. Dette forhindrer skade og holder lampen i god stand for fremtidig bruk.
⚠ Advarsel:
Kontroller elektrolyttfluiditet regelmessig ⚠
Bruke
Aluminium-luftgenerator i mer enn 8 timer: Hvis du trenger å bruke generatoren kontinuerlig i mer enn 8 timer, er det to alternativer. Først, når du nærmer deg 8-timersmerket, må du sjekke væskenivået i kamrene for å sikre at det fremdeles senker elektrodeplatene helt. Hvis vannstanden har falt, tilsett en liten mengde vann etter behov. Hvis vann ikke er tilgjengelig, og du må fortsette å bruke generatoren, må du åpne den øverste gjengede hetten for å hjelpe til med å spre varmen. Dette vil forhindre overoppheting og sikre stabil ytelse.
Kontroller saltvannsfluiditet regelmessig ⚠
Fluiditeten til saltvannet skal sjekkes hver 4-6 time, avhengig av strømforbruket til den tilkoblede enheten.
❌ Hvis væsken blir tykk eller mindre væske, kan den påvirke ytelsen.
✅ For å sikre optimal drift, rengjør og erstatt den med ferskt saltvann umiddelbart om nødvendig.
Som skal videreføres del 3