铝-铜 碱性电池
嘿嘿,最近铝电池挺火的,其实做一个简单的铝原电池不难。我试着用铝片,铜片,碳酸钠溶液自己做了一个

铝片作为负极,铜片作为正极,碳酸钠溶液作为电解液,整个溶液呈碱性环境

电池的铝片负极反应:

2Al  + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O + 6e-

铜片正极的反应
6H2O + 6e- = 3H2 + 6OH-

碳酸钠溶液存在下面电离平衡
(CO3)2- + H2O = HCO3- + OH-

因此负极附近的偏铝酸根离子迅速反应
AlO2- + 2HCO3- = H2O + Al(OH) 3 + (CO3)2-

总反应为
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

实验可以获得1v左右的电压,增大碳酸钠溶液的浓度有助于改善内阻,但电池的内阻还是大了,只能说比水果电池好一些,短路测得最大电流有20mA左右,考虑到万用表的内阻,电池的内阻大概在50欧姆到100欧姆左右。如果两级电池串联起来,点点LED还是可以的。

电池随着放电,内阻会逐渐增大,猜想是负极钝化导致的,如果采用PH值更高的溶液和多孔的铝负极,会改善较多。

理论上经过优化的铝电池可以代替过锌锰等一次性电池的(铝还算便宜),不过可能考虑到会析氢等原因,所以商品化的还是锌锰干电池。

最新的那个科技成果铝电池号称做到了二次电池,目前还不知道是如何做到的,就我了解,除非熔融盐铝电池,否则较难做到可重复充电。当然室温下也有熔融的铝的有机化合物,但这类化合物也是见水容易水解,而且大多类似无水三氯化铝,熔融状态下也较难电离。
IMG_20150410_215111.jpg

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[修改于 5 年前 - 2015-04-11 16:56:49]

+1  学术分    科创论坛   2015-04-12   理论分析完备,符合加分条件
来自 化学与化工
2015-4-11 00:00:43
1楼
无水三氯化铝室温下也是固体啊。。。
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2楼
完整的实验叙述及理论知识支持!粉棒
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smith(作者)
3楼
引用 friedel:
无水三氯化铝室温下也是固体啊。。。
熔点190摄氏度左右,比起动辄要500度以上的碳酸盐,已经很低啦,但是熔融的三氯化铝电导还是很低,没有太多价值
alcl3.jpg

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4楼
[s::lol]拿个10元钱的万用表就敢质疑天朝的高——科技铝电池
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5楼
说的好像锂电池里面有锂单质似得

充电电池比较复杂,要考虑可逆反应还有纳米结构及其稳定性,没那么简单的。
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smith(作者)
6楼
引用 20!不曾存在:
说的好像锂电池里面有锂单质似得

充电电池比较复杂,要考虑可逆反应还有纳米结构及其稳定性,没那么简单的。
嘿嘿,我可没说现代商用锂电池用的单质,再说锂单质的电池本来就有。
PS:交流使用电化学专用术语
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7楼
用面积较大的铜片和铝片距离拉近的话效果应该会非常不错
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smith(作者)
8楼
主要是手上没有铜箔,如果有的话,可以做成像锂电池的电芯那样的结构,理论上可以把内阻减少到10欧姆以内,基本上可以达到锌锰干电池的效率
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smith(作者)
9楼
引用 醉狗:
拿个10元钱的万用表就敢质疑天朝的高——科技铝电池
[s::lol]嘿嘿,研究不在于环境和仪器,而在于成果,我见得多啦,华南理工、中山大学、西安电子科技大。。。哪个大学的实验室我没去过,Google,Toshiba的工程师,我在台湾和他们谈笑风生。。。。。。[s::lol]
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10楼
引用 smith:
嘿嘿,研究不在于环境和仪器,而在于成果,我见得多啦,华南理工、中山大学、西安电子科技大。。。哪个大学的实验室我没去过,Google,Toshiba的工程师,我在台湾和他们谈笑风生。。。。。。
这表俺也有一个,,,实际上是五块钱。。。
不得不说指针表有时候很方便的。
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11楼
试试使用氢氧化钠?
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smith(作者)
12楼
引用 enigmae:
这表俺也有一个,,,实际上是五块钱。。。
不得不说指针表有时候很方便的。
对,最大的好处是不用电池。这个表5块钱地摊上买的
数字表最悲剧的莫过于你要用它的时候发现没有电了
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13楼
这类电池的硬伤还是内阻,我做的铝空气电池在这一问题上有所改善,获得了相对可观的电流
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14楼
其实用镁带—碳棒—NaCl溶液构成的原电池比LZ做的简单,功率也大一些,不妨试一试
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smith(作者)
15楼
引用 静观&琪变:
这类电池的硬伤还是内阻,我做的铝空气电池在这一问题上有所改善,获得了相对可观的电流
之前的铝空气电池碳不好做,我试过空气净化用的竹炭,电导较低。你用的那种白碳不好找。
卡尔哈曼的《电化学》对铝-空气-中性溶液电池的改进建议是使用镓或者锌活化负极。这样可以防止生成的氢氧化铝钝化负极。
我后面倒是想试试使用铝粉烧结出多孔的负极材料,改善负极,用还原铜粉作为正极,使用类似伏打电堆的结构
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2015-04-12 00:04:03
16楼
最大的问题是当外电路断掉的时候铝负极还会继续反应溶解。。。
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17楼
引用 zxyso4:
最大的问题是当外电路断掉的时候铝负极还会继续反应溶解。。。
这种现象称为电池的自放电,是电池存在的普遍现象。

过去的干电池,为了抑制自放电(Zn与NH4Cl的反应),在电解液中加入微量的HgCl2,使得Zn表面析出少量的Hg,组成Zn-Hg合金(锌汞齐),由于H2在Hg表面逸出很困难(有很大的超电势),Zn就很少和NH4Cl反应放出H2了。但HgCl2是剧毒物,污染环境,因此现在不允许使用这种方法,需要使用其它方法。

现代电池电解液中往往都有“缓蚀剂”这一成分,其作用就是为了减轻自放电(未放电情况下电极材料与电解液的反应),HgCl2就是干电池的缓蚀剂之一。

干电池的自放电最终能让锌筒腐蚀穿孔,铅蓄电池的自放电会导致极板上出现反应活性很低的PbSO4覆盖物,使得极板性能变坏,即俗称的极板硫化。
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smith(作者)
18楼
引用 TBsoft:
这种现象称为电池的自放电,是电池存在的普遍现象。

过去的干电池,为了抑制自放电(Zn与NH4Cl的反应),在电解液中加入微量的HgCl2,使得Zn表面析出少量的Hg,组成Zn-Hg合金(锌汞齐),由于H2在Hg表面逸出很困难(有很大的...
我试过在电解液中加入过氧化氢,但发现对电池短路电流的改善并不大。反而有所降低。
从鬼佬的书上查到碱性溶液中氧电极反应还有一个间接反应,目前怀疑过氧化氢的浓度提升会对这个反应有影响。
不知道你怎么看。
IMG_20150412_005306.jpg

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19楼
引用 smith:
我试过在电解液中加入过氧化氢,但发现对电池短路电流的改善并不大。反而有所降低。
从鬼佬的书上查到碱性溶液中氧电极反应还有一个间接反应,目前怀疑过氧化氢的浓度提升会对这个反应有影响。
不知道你怎么看。
从书上的结果看似乎H2O2浓度会影响氧的阴极反应,但我个人估计可能还有一个原因,H2O2会不会在电极上分解析出过多的O2气泡?从而增大电池内阻?可以仔细观察一下电极表面,一般来说容易生成气体逸出的物质,不宜在电极材料和电解液中使用。

我估计的这个原因只是一种可能的推测,一个好的电池设计,要在电化学效率高、电极极化小、自放电小等多个因素上综合考虑,所以能构成电池的氧化还原反应成千上万,但实用电池体系就那么几种。
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20楼
引用 smith:
嘿嘿,研究不在于环境和仪器,而在于成果,我见得多啦,华南理工、中山大学、西安电子科技大。。。哪个大学的实验室我没去过,Google,Toshiba的工程师,我在台湾和他们谈笑风生。。。。。。
哈哈,哈哈,哈哈
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smith(作者)
21楼
引用 TBsoft:
从书上的结果看似乎H2O2浓度会影响氧的阴极反应,但我个人估计可能还有一个原因,H2O2会不会在电极上分解析出过多的O2气泡?从而增大电池内阻?可以仔细观察一下电极表面,一般来说容易生成气体逸出的物质,不宜在电极材料和电解液中使用。

...
谢谢你的分析
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22楼
引用 smith:
之前的铝空气电池碳不好做,我试过空气净化用的竹炭,电导较低。你用的那种白碳不好找。
卡尔哈曼的《电化学》对铝-空气-中性溶液电池的改进建议是使用镓或者锌活化负极。这样可以防止生成的氢氧化铝钝化负极。
我后面倒是想试试使用铝粉烧结出多孔的负极...
白炭可以自己做,而且原料随处可见,制作起来也很简单,关键就是让木炭在高温下石墨化
我做的时候大概十几分钟出一批
不存在不好找的问题

用铝粉烧结出多孔负极材料,想法是可以,但实际操作要考虑多方面的问题。
用铜粉作正极,并且用伏打电堆结构。我在研究铝空气电池的时候也有类似的想法,但如何固定电极以保证最大的接触面积始终是一个难题。
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2015-05-01 18:24:22
2015-5-1 18:24:22
23楼
引用 smith:
嘿嘿,研究不在于环境和仪器,而在于成果,我见得多啦,华南理工、中山大学、西安电子科技大。。。哪个大学的实验室我没去过,Google,Toshiba的工程师,我在台湾和他们谈笑风生。。。。。。
我真替你们捉急啊,谈笑风生。
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