自制铝空气电池的教程
eeskill 2022-11-21

铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似,铝空气电池以高纯度铝Al(含铝99.99%)为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速,它在EV上的应用已取得良好效果,是一种很有发展前途的空气电池。

在单体电池中以铝(Al)为负极、氧为正极,在铝空气电池两侧有一对辅助空气电极,作为铝空气电池正极,在工作时只消耗铝和少量的水。

主要特点

比能量大

铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg,2014年的铝空气电池的实际比能量只达到350Wh/kg,但也是铅酸电池的7~8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。采用铝空气电池后,车辆能够明显地提高续驶里程,国外有关资料介绍,美国加利福尼亚州在使用铝空气电池的电动汽车上,有过只更换一次铝电极续驶里程达1600km的记录。

质量轻

我国开发和研制的牵引用动力型铅酸蓄电池的总能量为13.5kWh,总质量为375kg。而同样能量的铝空气电池总质量仅45kg,为铅酸蓄电池质量的12%。由于电池质量大大减轻,车辆的整备质量也降低,可以提高车辆的装载能量或延长续驶里程。

无毒危险

铝对人体不会造成伤害,可以回收循环使用,不污染环境。铝的原材料丰富,已具有大规模的铝冶炼厂,生产成本较低。铝回收再生方便,回收再生成本也较低。而且可以采用更换铝电极的方法,来解决铝空气电池充电较慢的问题。

虽然铝空气电池含有高的比能量,但比功率较低,充电和放电速度比较缓慢,电压滞后,自放电率较大,需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热。

铝空气电池的设计

一、实验名称 铝空气电池的设计、制作与探究

二、实验目的 通过多种简单装置实现对铝空气电池的模拟,并通过简单的实验对铝空气电池的工作原理进行揭示。

三、实验仪器及试剂

铝皮、铝箔、活性碳粉、活性碳棒、枯木炭、铝皮易拉罐、自制带U型管密封器、饱和食盐水、琼脂、酚酞、少量红墨水、纱布、滤纸等。

四、实验仪器装置图

(一)电池制作装置

1 包扎式铝空气电池

图1.包扎式电池

图2.制作完成的包扎式电池

2 卷制式电池

图3.卷制过程

图4.制作完成

3生活化铝空气电池

图5.易拉罐空气电池

图6.铝箔空气电池

(二)铝空气电池工作原理探究

图7. 探究空气的消耗

图8.检验OH-离子的消耗

五、实验操作部分

按前图(图1-6)所示方法即可制得有稳定工作电压的多种铝空气电池,实际演示时将电池的正负极直接接于电子贺卡、电子钟或小功率直流电机进行演示即可。

揭示电池工作原理时,将制作好的电池置于图7所示密闭容器中,电池接外电路工作一段时间后,通过红墨水高度变化可证实密闭容器中氧气的消耗。若证实电池工作过程中有氢氧根离子的生成,则按照8所示组建简单铝空气电池,图中凝胶为食用明胶,制作明胶时在其中滴入少量酚酞。制作好电池后将电池正负极接于用电器,一段时间后会看到凝胶从中心逐渐往边缘,慢慢变红。从而证实电池工作工程中有氢氧根离子生成。

六、实验改进的意义

该实验可以加深学生对原电池工作原理的理解,提高学生学习该部分内容的兴趣,同时使学生感受到化学科技的魅力。且该实验简单易行学生可以轻松地自己动手实现,大大拉近了化学与学生的距离。

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