كتب aluminum air batteries

الألومنيوم في الهواء أو بطاريات الألومنيوم الهوائية تنتج الكهرباء من ردود فعل من الأوكسجين في الهواء مع الألومنيوم. لديهم واحدة من أكثر المناطق كثافة الطاقة في جميع البطاريات، ولكنها لا تستخدم على نطاق واسع بسبب مشاكل سابقة مع والتكلفة عمرها الافتراضي، بدء الوقت، وإزالة ثانوية، والتي فرضت قيودا على استخدامها في التطبيقات العسكرية في المقام الأول. سيارة كهربائية مع بطاريات الألومنيوم لديها امكانات لمدة عشر إلى خمس عشرة مرة مجموعة من بطاريات الرصاص الحمضية مع الوزن ما مجموعه أقل بكثير، على حساب تعقيد نظام زيادة كبيرة. الألومنيوم في الهواء البطاريات هي الخلايا الأولية، أي غير قابلة لإعادة الشحن. مرة واحدة ويتم استهلاك أنود الألومنيوم عن طريق تفاعل مع الأوكسجين في الغلاف الجوي في القطب السالب مغمورة في المنحل بالكهرباء المياه القائمة لتشكيل رطب أكسيد الألومنيوم، والبطارية لم يعد انتاج الكهرباء. ومع ذلك، قد يكون من الممكن لإعادة شحن البطارية ميكانيكيا مع الأنودات الألومنيوم الجديدة جعلت من إعادة تدوير أكسيد الألومنيوم المائية. وإعادة تدوير هذه ضرورية إذا الألومنيوم في الهواء البطاريات هي التي يتعين اعتمادها على نطاق واسع.

الاستخدام العام

الألومنيوم هو الأكثر استخداما من المعادن غير الحديدية. العالمية لإنتاج الألومنيوم في عام 2005 كان 31.9 مليون طن. وهو تعدى أي معدن آخر إلا الحديد (837.5 مليون طن). والألومنيوم النقى أخذ في الاعتبار فقط عندما كانت مقاومة الصدأ و/أو قابيليته للشغل عليه أهم من القوة والصلابة. وهناك طبقة رقيقة من الألومنيوم يمكن أن تترسب على سطح مستوى بواسطة ترسيب البخار الفيزيائي أو (نادرا جدا) ترسيب البخار الكيميائي أو أي وسائل كيميائية أخرى لتكوين الطلاءات المرئية والمرايا. وعندما تترسب، فإن فيلم الألومنيوم النقى والجديد يستخدم كعاكس (حوالى 92%) للضوء المرئى وعاكس ممتاز (فوق 98%) للأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة.

الألومنيوم النقي له قوة شد منخفضة، ولكن عند اختلاطه بمعالجة حرارية- ميكانيكية، فان سبائك الألومنيوم تظهر تحسن كبير في الخصائص الميكانيكية، خصوصا عندما تسخن. سبائك الألومنيوم من المكونات الحيوية من الطائرات والصواريخ نتيجة لنسبة قوتهم العالية إلى وزنهم. الألومنيوم يون سبائك ع الفور مع العديد من العناصر مثل النحاس والزنك والمغنيسيوم والمنغنيز والسيليكون (على سبيل المثال (ديورالومين). اليوم، معظم المواد المعدنية التي يشار إلى أنها قريبة جدا مثل الألومنيوم، هي فعلا السبائك. على سبيل المثال، عام الألومنيوم احباط ق هي سبائك من 92 ٪ إلى 99 ٪ من الألومنيوم.

بعض من استخدامات معدن الألومنيوم العديدة في:

• النقل (العربات والطائرات والشاحنات، والسكك الحديدية والسيارات، والسفن البحرية، والدراجات وغيرها) كورقة، وأنابيب، والمسبوكات الخ.
• التعبئة والتغليف (علب، ورق فويل، وما إلى ذلك).
• البناء (النوافذ، الأبواب، والتحويلات، وأسلاك البناء، وما إلى ذلك).
• مجموعة كبيرة من الأدوات المنزلية، من أواني الطهي إلى مضرب البيسبول، والساعات {76}، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة (أبل).
• أعمدة إنارة الشوارع، وصارى السفن، وأقطاب المشي الخ.
• المستويات الخارجية من الإلكترونيات المستهلكة، وفي حالات المعدات أيضا مثل معدات التصوير.
• خطوط بث الكهرباء لتوزيع الطاقة.
• MKM الصلب ومغنطيسات وألنيكو.
• الألومنيوم فائق النقاء (99.980 ٪ 99.999 ٪ Al)، وتستخدم في مجال الإلكترونيات والأقراص المدمجة.
• المغاسل الحرارية للالأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستور ووحدات المعالجة المركزية.
• المادة الأصلية للمعدن الرئيسي تغطي النحاس بطبقة رقيقة تستخدم في شدة الإضاءة العالية لضوء LED.
• مسحوق الألومنيوم يستخدم في الطلاء، والصناعات النارية مثل وقود الصورايخ الصلبة والثيرميت.

مركبات الألومنيوم

• ألومنيوم كبريتيت الأمونيا ([Al(NH₄)](SO₄)₂)، أمونيا الألومنيوم تستخدم كمادة حارقة، وفي تنقية المياه، ومعالجة مياه الصرف الصحي، وفي إنتاج الورق، وفي الإضافات الغذائية وفي صباغة الجلود.
• استيات الألومنيوم هو ملح يستخدم في محلول كمادة قابضة.
• بورات الألومنيوم (Al₂O₃ B₂O₃) يستخدم في إنتاج الزجاج والسيراميك.
• الألومنيوم بوروهيدريد (Al(BH4)₃) يستخدم كمادة مضافة لوقود الطائرات النفاثة.
• برونز الألومنيوم (CuAl₅).
• كلوريد الألومنيوم (AlCl₃) يستخدم: في صناعة الدهانات، ومضاد للعرق، وتكرير البترول وفي إنتاج المطاط الصناعي.
• كلوروهيدرات الألومنيوم يستخدم كمزيل للعرق وفي علاج hyperhidrosis.
• الألومنيوم fluorosilicate ₍₂₎ سيف _{6 (3)} يستخدم في إنتاج الاصطناعية الأحجار الكريمة المستندات والزجاج والخزف.
• هيدروكسيد الألومنيوم ((أوهايو) ₃₎ يستخدم : بأنه مضاد للحموضة، بوصفها لاذع، والمياه وتنقية، في صناعة الزجاج والسيراميك، وتسرب المياه في الأقمشة.
• أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) الألومينا، يوجد في الطبيعة ككوراندوم (الياقوت)، الحجر، ويستخدم في صناعة الزجاج. الياقوت الصناعي يستخدم في الليزر لإنتاج الضوء المكثف. يستخدم كمقاوم، وضروري لإنتاج لمبات الصوديوم عالية الضغط.
• فوسفاتات الألومنيوم (AlPO₄) تستخدم في تصنيع: الزجاج والسيراميك، عجينة ومنتجات الورق، مستحضرات التجميل، الطلاءات، والورنيشات وفي صناعة طبقة الأسمنت المستخدمة في طب الأسنان.
• كبريتات الألومنيوم ₍₂₎ لذلك _{(4) (3)} يستخدم: في صناعة الورق، بوصفها محرق، في إطفاء الحريق، وتنقية المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي، والمضافات الغذائية، ونيران، ودباغة الجلود.
• أيونات الألومنيوم المائية (مثل الموجودة في كبريتات الألومنيوم المائية) تستخدم للعلاج ضد طفيليات الأسماك مثل Gyrodactylus salaris.
• في العديد من اللقاحات بعض أملاح الألومنيوم تستخدم بمثابة تقوية للمناعة (تقوية الاستجابة المناعية) للسماح للبروتين في اللقاح ليحقق الفعالية الكافية كمنشط للمناعة.

سبائك الألومنيوم في التطبيقات الهيكلية

سبائك الألومنيوم مع خصائصها الكبيرة تستخدم في التراكيب الهندسية. أنظمة السبيكة تصنف برقم النظام (ANSI) أو بالأسماء التي توضح مكونات السبيكة الأصلية (DIN & ISO).

قوة ومتانة سبائك الألومنيوم تختلف اختلافا كبيرا، ليس فقط نتيجة لمكونات سبيكة محددة، ولكن أيضا نتيجة للمعالجات الحرارية وعمليات التصنيع. ونقص الخبرة في هذه الجوانب من وقت إلى وقت قادت إلى أشكال ذات تصميم غير صحيح وأعطت الألومنيوم سمعة سيئة.

وهناك حد هام في صناعة سبائك الألومنيوم هو قوة التعب. وعلى عكس الصلب، سبائك الألومنيوم ليس لها حدود معروفة في التعب، بمعنى فشل التعب يحدث في النهاية حتى تحت دورة تحميلات صغيرة. ويعني ذلك أن المهندسين يجب أن يقيموا هذه الأعباء ويصمموا لحياة مستقرة أفضل من حياة لا نهاية لها.

هناك ميزة أخرى لسبائك الألومنيوم هي حساسيتها للحرارة. ومنتجين ورش العمل التي تتضمن التسخين يكونوا معقدين لحقيقة أن الألومنيوم (على العكس من الصلب) يذوب بدون أول احمرار متوهج. تكوين العمليات حيث يستخدم شعلة التفجير لذلك هذا يتطلب بعض الخبرة، حيث لا يوجد إشارات مرئية تدل عن مدى ذوبان المادة. سبائك الألومنيوم، شأنها شأن جميع السبائك الهيكلية، فهي تخضع لبعض الضغوط الداخلية بعد عمليات التسخين مثل اللحام والصب. المشكلة مع سبائك الألومنيوم في هذا الصدد هو انخفاض درجة الانصهار، مما يجعلهم أكثر عرضة للتشوهات من الضغط الناتج عند تعرضها للحرارة.يمكن السيطرة على الألومنيوم المتعرض لضغط أثناء التصنيع عن طريق معالجة هذه الأجزاء بالحرارة بوضعها في فرن، ونتبعها بتبريد تدريجيا—في الصلب المضغوط.

انخفاض درجة انصهار سبائك الألومنيوم لم يمنع استخدامها في صناعة الصواريخ حتى لاستخدامها في بناء غرف الاحتراق حيث يمكن أن تصل الغازات إلى 3500 ك. فإن المرحلة العليا من محرك Agena تستخدم تصميم الألومنيوم المبرد المتجدد لبعض الأجزاء من الخرطوم، ويتضمن ذلك درجة الحرارة الحرجة في منطقة الحنجرة.

التوصيلات المنزلية

مقارنة مع النحاس فان الألومنيوم يمثل نحو 65٪ من توصيل الكهرباء من حيث الحجم، على الرغم من 200٪ من حيث الوزن. عادة ما يستخدم النحاس كمادة في التوصيلات المنزلية. في 1960s كان الألومنيوم أرخص من النحاس، ولذلك كان يستخدم للوصلات الكهربائية في الولايات المتحدة، على الرغم من العديد من التركيبات لم تكن مصممة لقبول أسلاك الألومنيوم. ولكن في بعض الحالات زيادة معامل التمدد الحراري لأسلاك الألومنيوم يجعل السلك يتمدد وينكمش ارتباطا باتصال المعدن غير المتماثل، وفي النهاية يفقد الاتصال. أيضا، الألومنيوم النقي لدي ميل إلى الزحف المستمر تحت الضغط المستمر (لدرجة كبيرة كلما ارتفعت درجة الحرارة)، ومرة أخرى يفقد الاتصال. وأخيرا، فان الصدأ الجلفاني من المعادن غير المتماثلة يزيد من مقاومة كهرباء الاتصال.

كل هذا أدى إلى الحرارة المرتفعة وفقد الاتصال، وهذا بدوره أدى إلى حرائق. بعد ذلك أصبح البنائون يخشوا من استخدام الأسلاك، والعديد من الهيئات القضائية أقصرت استخدامه في أحجام صغيرة جدا في المنشاءات الجديدة في النهاية، فإن الاثاثات الجديدة زودت باتصالات مصممة لتتجنب الفقد والحرارة العالية. الجيل الأول من الأثاثات عرفت ب"Al/Cu" ووجدت في النهاية مناسبة لسلوك التركيبات "/ كو" في نهاية المطاف وجدت مناسبة لسلوك النحاس المغطاة بالألومنيوم فقط، ولكن جيل الأثاثات الثاني والذي يتحمل تشفير "CO/ALR" عمل لأسلاك الألومنيوم غير المغطاة. ولكي يتكيف مع الأغراض الأقدم فان العاملين قضوا على مشاكل التسخين عن طريق عقص سلك الألومنيوم إلى ضفيرة قصيرة من سلك النحاس. اليوم، السبائك الجديدة، والتصميمات، والطرق تستخدم لتمديد أسلاك الألومنيوم بالإضافة إلى إنهاء الألومنيوم.