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Di anno in anno, la produzione di petrolio sta diventando sempre più complessa e il combustibile ottenuto da esso sta diventando sempre più costoso. Nei paesi dell'UE, generalmente minacciano di smettere di produrre motori a benzina, vogliono sostituire tutti i veicoli con auto elettriche. Ma le batterie al litio sono ancora tutt'altro che ideali e, a proposito, non hanno fretta di diventare l'ideale. Nel migliore dei casi, con una singola carica di una batteria al litio sarà possibile coprire una distanza di un massimo di 700 km, dopo di che dovrai caricare la batteria per circa una settimana e se si utilizza una presa normale per la ricarica, in genere richiede molto tempo. E immagini solo cosa accadrà se tutti iniziano a caricare costantemente le loro auto elettriche, quali saranno i carichi enormi sulla rete elettrica e quanta tensione si esaurirà. In generale, il futuro delle batterie al litio è ancora piuttosto vago e ogni anno sempre più ricerche sono dedicate alla ricerca di nuove opzioni di batterie.
Come sapete, il metallo ad alta intensità energetica è l'alluminio. Già ai nostri tempi su alcuni prototipi di batterie in alluminio è possibile guidare per circa 2000 km senza ricarica e la ricarica di questo tipo di batteria richiede solo 15 minuti, dopodiché è possibile proseguire per circa 2000 km.
La ricarica delle batterie in alluminio differisce dalla ricarica delle batterie a base di litio. Tuttavia, non c'è nulla di complicato in esso, devi solo inserire un nuovo alluminio, versare l'elettrolita e versare un nuovo elettrolita, tutto è essenzialmente uguale alla benzina un'auto, solo questa è un'auto elettrica e non ci sono carichi sulla rete elettrica. Inoltre, non è necessario produrre un numero enorme di prese con fili con una sezione trasversale enorme per caricare tutte queste auto elettriche.
Ma non tutto è così liscio qui. Ottenere l'elettricità dall'alluminio non è affatto facile come vorremmo. Innanzitutto, cerchiamo di capire qual è il principio della batteria alluminio-aria.
Affinché una tale batteria inizi a funzionare, saranno necessari 2 elettrodi: uno naturalmente in alluminio e il secondo in grafite. Entrambi questi elettrodi sono in una soluzione elettrolitica.
Il sale (NaCl) può essere usato come elettrolita, ma con esso è possibile aumentare la tensione a circa 0,7 V. La tensione dell'elettrolita alcalino (NaOH) può essere aumentata già di più, a circa 1 V.
Durante la reazione chimica, l'alluminio è rivestito con uno strato di idrossido di alluminio (Al (OH) 3), che affonda gradualmente sul fondo del serbatoio. E sulla superficie dell'elettrodo di grafite si formano bolle di idrogeno, che a loro volta portano ad un aumento della resistenza e ad una caduta di tensione, questo processo è chiamato polarizzazione.
Il primo problema con la precipitazione dell'idrossido di alluminio può essere eliminato semplicemente aumentando la capacità in cui si depositerà il prodotto esaurito, ma il secondo problema può essere aiutato da una massa depolarizzante a base di ossido di manganese, che si trasformerà in idrossido di manganese durante il funzionamento.
In effetti, abbiamo una normale batteria alcalina, ma solo molto grande. Ma sorge un nuovo problema. Il fatto è che anche l'ossido di manganese viene consumato e dovrà anche essere cambiato. E dobbiamo garantire che venga speso solo alluminio. Per fare questo, prendere ossigeno dall'aria circostante. È qui che inizia la batteria alluminio-aria. Una delle pareti deve solo essere sostituita con una membrana permeabile ai gas e l'elettrodo di grafite deve essere sostituito con una miscela di grafite e ossido di manganese con nanoparticelle di platino o argento.
L'ossido di manganese con nanoparticelle di metallo nobile non reagisce, ma funge da catalizzatore, a causa del quale l'idrogeno dell'elettrolita viene ossidato dall'ossigeno nell'aria.
La tecnologia per la produzione di ossido di manganese con inclusioni di nanoparticelle d'argento non è in linea di principio complicata e può essere provata in condizioni artigianali. Ma in questo articolo discuteremo di come rendere l'opzione più economica per una batteria che riceve energia dall'alluminio. Le seguenti istruzioni sono tratte dal canale TV di Fiery YouTube. Maggiori dettagli nel video originale dell'autore:
La versione economica massima della grafite sono inserti a contatto estivi per filobus. Possono essere trovati assolutamente gratuiti alle fermate del filobus finale, oppure è possibile acquistarli, non sono costosi, l'autore li ha trovati in vendita a 22 rubli ciascuno.
Successivamente, abbiamo bisogno di un alcali. Ecco uno strumento per pulire i tubi nella sua composizione contiene alcali di sodio al cento per cento.
Per iniziare la reazione alcalina, abbiamo bisogno di un po ', saranno sufficienti 1 g di alcali per 0,5 l di acqua.
Prima di tutto, controlliamo se un elettrodo di grafite è davvero necessario in questa batteria. Per esperienza, prendiamo questo elettrodo in acciaio inossidabile.
Ora inseriamo la piastra in alluminio e l'elettrodo in acciaio inossidabile negli alcali, colleghiamo il multimetro e vediamo quanti volt risulta.
Come puoi vedere, si è rivelato essere circa 1,4 V. Ora controlliamo la corrente di corto circuito.
Corrente di corto circuito rilevata nella regione di 20 mA. Quali conclusioni si possono trarre: teoricamente in condizioni estreme è possibile assemblare una batteria di tazze in acciaio inossidabile e fogli di alluminio.
Successivamente avremo un elettrodo di rame fatto di rame elettrico.
Come possiamo vedere, la tensione si è rivelata leggermente superiore a 1,4 V, ma la corrente di cortocircuito era inizialmente elevata, ma poi ha iniziato a calare abbastanza rapidamente e anche il rame ha iniziato a coprirsi con un rivestimento scuro, molto probabilmente questo effetto è stato causato dalle impurità nell'acqua, dal momento che In questo esperimento, l'autore ha preso un tocco da un tocco.
Ora immergi l'elettrodo di grafite nella soluzione elettrolitica.
Con questo elettrodo è stata ottenuta una tensione di 1,3 V, la corrente di corto circuito si è fermata nella regione di 17 mA. A prima vista, sembra che l'elettrodo in acciaio inossidabile sia più efficiente, ma la superficie dell'elettrodo inossidabile è più grande, quindi non è ancora noto quale grafite o acciaio inossidabile sia migliore.
Poiché la grafite ha una resistenza abbastanza grande, è necessario in qualche modo affrontarla. È necessario produrre elettrodi da un materiale ben conduttore e la grafite dovrebbe essere solo sulla sua superficie.Fu deciso di perforare la grafite e nei fori risultanti tagliare il filo per i bulloni m6.
Il risultato è un elettrodo d'acciaio con un guscio di grafite.
La resistenza della grafite non perforata è di circa 4,5 ohm, ma della grafite perforata è di circa 1,7 ohm.
Sul viso, aumenterà la diminuzione della resistenza e, di conseguenza, l'efficacia della struttura. In ulteriori esperimenti, useremo acqua distillata.
Il primo esperimento con un elettrolita, in cui 4 g di alcali per 1 litro di acqua.
La corrente di corto circuito è risultata di 150 mA. L'elettrolita successivo ha una concentrazione di 6 g di alcali per 1 litro. Bene e così via, ogni volta aumenteremo la concentrazione di 2 g fino a raggiungere una concentrazione alla quale la corrente non aumenterà.
Anche se una batteria così semplice non ha una grande efficienza di corrente, ma una batteria del genere può funzionare per molto tempo e qualsiasi alluminio può essere utilizzato come elettrodi, che può essere facilmente fuso in elettrodi di qualsiasi forma, ad esempio lattine di alluminio varie bevande alcoliche e analcoliche, fogli di cioccolato, ecc.
Di conseguenza, dopo tutti gli esperimenti condotti con diverse concentrazioni di elettrolita, diventa chiaro che con questo design della batteria non ha senso aggiungere più di 12 g di alcali per 1 litro di acqua, cioè ottenere circa l'1% di soluzione.
Quindi l'autore ha assemblato un'altra clip, composta da 3 elettrodi.
Due batterie offrono una tensione più alta e meno perdite, quindi il risultato è migliore.
Ora prendiamo un secchio di elettrolita, un grosso pezzo di alluminio e 2 elettrodi in acciaio inossidabile.
In un secchio, una concentrazione di elettroliti di 10 g / 1l. Corrente di picco 1.3A, è diminuito a 520mA. Con tutta l'enorme area dell'acciaio inossidabile, non si confrontava con la grafite, perché si rivelava essere 600mA con grafite. A proposito, l'idrogeno viene rilasciato durante la reazione, che può anche essere raccolto e utilizzato come fonte di energia. In breve, c'è spazio per crescere. Per ora è tutto. Grazie per l'attenzione. A presto!