pozdravy obyvateľov našej stránky!
Z roka na rok sa výroba ropy stáva čoraz zložitejšou a palivo z nej získavané je stále drahšie. V krajinách EÚ vo všeobecnosti hrozí, že prestanú vyrábať benzínové motory, chcú vymeniť všetky vozidlá za elektrické autá. Lítiové batérie však stále nie sú ani zďaleka ideálne a mimochodom nie sú v žiadnom zhone, aby sa stali vôbec ideálnymi. V najlepšom prípade bude možné na jedno nabitie lítiovej batérie prekonať vzdialenosť najviac 700 km, po ktorej budete musieť nabiť batériu približne týždeň a ak na nabíjanie použijete bežnú zásuvku, zvyčajne to zaberie veľa času. A viete si len predstaviť, čo sa stane, keď si každý začne neustále nabíjať svoje elektrické autá, aké bude veľké zaťaženie v rozvodnej sieti a koľko napätia sa odčerpá. Budúcnosť lítiových batérií je vo všeobecnosti stále dosť vágna a každoročne sa stále viac výskumov venuje hľadaniu nových možností batérií.
Ako viete, energeticky najnáročnejším kovom je hliník. Už v našej dobe na niektorých prototypoch hliníkových batérií môžete prejsť asi 2 000 km bez dobíjania a dobitie tohto typu batérie trvá iba 15 minút, po čom môžete ísť ďalej asi 2 000 km.
Dobíjanie hliníkových batérií sa líši od nabíjania lítiových batérií. Napriek tomu v tom nie je nič komplikované, stačí vložiť nový hliník, vylejte elektrolyt a vylejte do nového elektrolytu, všetko je v podstate rovnaké ako benzín auto, iba toto je elektrické auto a na elektrickej sieti nie sú žiadne zaťaženia. Okrem toho nemusíte vyrábať veľké množstvo zásuviek s drôtmi s veľkým prierezom, aby ste mohli nabiť všetky tieto elektrické vozidlá.
Tu však nie je všetko také hladké. Získanie elektriny z hliníka nie je vôbec také ľahké, ako by sme chceli. Po prvé, poďme zistiť, aký je princíp hliníkovej vzduchovej batérie.
Aby takáto batéria mohla začať fungovať, budú potrebné dve elektródy: jedna prirodzene z hliníka a druhá z grafitu. Obe tieto elektródy sú v roztoku elektrolytu.
Ako elektrolyt sa môže použiť soľ (NaCl), ale s ňou môžete zvýšiť napätie na približne 0,7 V. Napätie alkalického elektrolytu (NaOH) sa môže zvýšiť už viac, na približne 1V.
Počas chemickej reakcie je hliník potiahnutý vrstvou hydroxidu hlinitého (Al (OH) 3), ktorá postupne klesá na dno nádrže. Na povrchu grafitovej elektródy sa vytvárajú vodíkové bubliny, ktoré zase vedú k zvýšeniu odporu a poklesu napätia. Tento proces sa nazýva polarizácia.
Prvý problém so zrážaním hydroxidu hlinitého môže byť odstránený jednoduchým zvýšením kapacity, v ktorej sa vyčerpaný produkt usadí, ale druhému problému môže pomôcť depolarizácia hmoty na báze oxidu mangánu, ktorá sa počas prevádzky zmení na hydroxid mangánu.
V skutočnosti sme dostali obyčajnú alkalickú batériu, ale iba veľmi veľkú. Vzniká však nový problém. Faktom je, že oxid mangánu sa tiež spotrebúva a bude sa tiež musieť zmeniť. A musíme zabezpečiť, aby sa vynakladal iba hliník. Za týmto účelom odoberte kyslík z okolitého vzduchu. Tu začína hliníkovo-vzduchová batéria. Jedna zo stien musí byť nahradená membránou prepúšťajúcou plyn a grafitová elektróda musí byť nahradená zmesou grafitu a oxidu mangánu s nanočasticami platiny alebo striebra.
Oxid mangánu s nanočasticami vzácneho kovu nereaguje, ale pôsobí ako katalyzátor, vďaka ktorému je vodík z elektrolytu oxidovaný kyslíkom vo vzduchu.
Technológia výroby oxidu mangánu s inklúziami nanočastíc striebra v zásade nie je komplikovaná a dá sa vyskúšať v remeselných podmienkach. V tomto článku však budeme diskutovať o tom, ako čo najvýhodnejšie zvoliť batériu, ktorá prijíma energiu z hliníka. Nasledujúce pokyny sú prevzaté z televízneho kanála Fiery YouTube. Viac informácií v pôvodnom videu autora:
Maximálnou rozpočtovou verziou grafitu sú letné kontaktné vložky pre trolejbusy. Na konečných trolejbusových zastávkach ich nájdete úplne zadarmo alebo ich môžete kúpiť, nie sú drahé, autor ich našiel na predaj za 22 rubľov za kus.
Ďalej potrebujeme zásadu. Tu je nástroj na čistenie potrubí, ktorý vo svojom zložení obsahuje stopercentnú alkalickú sodík.
Na spustenie alkalickej reakcie potrebujeme len trochu, stačí 1 g zásady na 0,5 l vody.
Najprv skontrolujte, či je v tejto batérii skutočne potrebná grafitová elektróda. Zažite túto elektródu z nehrdzavejúcej ocele.
Teraz vložíme hliníkovú platňu a elektródu z nehrdzavejúcej ocele do alkálie, pripojíme multimeter a uvidíme, koľko voltov sa ukáže.
Ako vidíte, ukázalo sa, že je asi 1,4V. Teraz skontrolujte skratový prúd.
Skratový prúd sa ukázal v oblasti 20 mA. Aké závery možno vyvodiť: teoreticky v extrémnych podmienkach je možné zostaviť batériu z hrnčekov z nehrdzavejúcej ocele a hliníkovej fólie.
Ďalej budeme mať medenú elektródu vyrobenú z elektrickej medi.
Ako môžeme pozorovať, napätie sa ukázalo byť mierne vyššie ako 1,4 V, ale skratový prúd bol spočiatku vysoký, ale potom začal pomerne rýchlo klesať a meď sa tiež začala potápať tmavým povlakom, pravdepodobne bol tento efekt spôsobený nečistotami vo vode, pretože V tomto experimente autor poklepal z kohútika.
Teraz ponorte grafitovú elektródu do roztoku elektrolytu.
S touto elektródou sa získalo napätie 1,3 V, skratový prúd sa zastavil v oblasti 17 mA. Na prvý pohľad sa zdá, že elektróda z nehrdzavejúcej ocele je efektívnejšia, ale jej povrchová plocha je väčšia, takže ešte nie je známe, ktorý grafit alebo nehrdzavejúca oceľ je lepšia.
Pretože grafit má pomerne veľký odpor, musíte sa s ním nejako vysporiadať. Elektródy je potrebné vyrobiť z dobre vodivého materiálu a grafit by mal byť iba na svojom povrchu.Bolo rozhodnuté vyvŕtať grafit a vo výsledných dierach vyrezať závit pre skrutky m6.
Výsledkom je oceľová elektróda s grafitovým plášťom.
Odpor nevŕtaného grafitu je asi 4,5 ohmu, ale vŕtaného grafitu je asi 1,7 ohmu.
Na tvári sa zvýši rezistencia a následne aj účinnosť štruktúry. Pri ďalších experimentoch budeme používať destilovanú vodu.
Prvý experiment s elektrolytom, v ktorom 4 g zásady na 1 liter vody.
Skratový prúd bol vypnutý 150 mA. Nasledujúci elektrolyt má koncentráciu 6 g zásady na 1 liter. Dobre a tak ďalej, zakaždým, keď zvyšujeme koncentráciu o 2 g, až kým nedosiahneme koncentráciu, pri ktorej sa nezvýši prúd.
Aj keď takáto jednoduchá batéria nemá veľkú prúdovú účinnosť, ale taká batéria môže fungovať veľmi dlho a akýkoľvek hliník sa môže použiť ako elektródy, ktoré sa dajú ľahko roztaviť na elektródy akéhokoľvek tvaru, napríklad hliníkové plechovky. rôzne alkoholické a nealkoholické nápoje, čokoládová fólia atď.
Výsledkom je, že po všetkých pokusoch s rôznymi koncentráciami elektrolytu je zrejmé, že pri tejto konštrukcii batérie nemá zmysel pridávať viac ako 12 g zásady do 1 litra vody, čo znamená, že dostaneme asi 1% roztok.
Potom autor zostavil ďalší klip, ktorý sa skladal z 3 elektród.
Dve batérie poskytujú vyššie napätie a menšie straty, takže výsledok je lepší.
Teraz vezmime vedro elektrolytu, veľký kus hliníka a 2 elektródy z nehrdzavejúcej ocele.
V vedre je koncentrácia elektrolytu 10 g / ll. Špičkový prúd 1,3A, klesol na 520 mA. So všetkou obrovskou oblasťou z nehrdzavejúcej ocele sa neporovnávala s grafitom, pretože sa ukázalo, že s grafitom je 600 mA. Mimochodom, vodík sa počas reakcie uvoľňuje, ktorý sa môže tiež zhromažďovať a používať ako zdroj energie. Stručne povedané, existuje priestor na rast. To je zatiaľ všetko. Ďakujem za pozornosť. Uvidíme sa skoro!