Dual-electrolyte system for suppressing corrosion of aluminum electrode in aluminum-air flow battery

ระบบอิเล็กโทรไลต์คู่เพื่อลดการกัดกร่อนของขั้วไฟฟ้าอลูมิเนียมในแบตเตอร์รี่อลูมิเนียม-อากาศแบบไหล

Name: Pemika Teabnamang

LCSH: Electric batteries

ThaSH: Cathodes

ThaSH: Electrolytes

ThaSH: Electrolytic corrosion

Abstract: Aluminum-air batteries have received considerable attention as an electrical power source due to their theoretical specific capacity reaching 2.98 Ah/g. Further, Al-air batteries are abundant and low cost. On the other hand, the aluminum in the batteries has a problem, such that it is subject to self-corrosion in alkaline. Herein, this work concentrates on the aluminum’s corrosive behavior and self-corrosion in methanol-3M KOH mixed solution containing different percentages of deionized water i.e. (0, 5, 10 and 20)%wt, using electrochemical (half-cell testing). The aluminum-air battery consists of: aluminum anode | anolyte | anion exchange membrane | catholyte | air cathode. The anolyte is the methanol-based electrolyte, and the catholyte is a gel polymer electrolyte. As regards the half-cell, the increase in water reduced the inner surface layer between the aluminum film and electrolyte. Simultaneously, the increase in water reduced the overpotential required and generated faster reaction. However, much more hydrogen gas was produced along with self-corrosion. The Al-air battery was examined when discharging at 10 mA/cm2. At the condition 0%water, the highest specific capacity reached 2328 mAh/g and utilization 78%. When water was increased, the specific capacity declined significantly due to self-corrosion of the aluminum. Besides, the flow rates of the electrolyte were adjusted; average voltage was higher when the flow rate of the electrolyte was increased.

Abstract: แบตเตอรี่อลูมิเนียม-อากาศได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในด้านการผลิตไฟฟ้า เนื่องจากตามทฤษฎีแบตเตอรี่อลูมิเนียม-อากาศมีค่าความหนาแน่นพลังงานสูงถึง 2.98 แอมป์ชั่วโมงต่อ นอกจากนี้อลูมิเนียมยังถือเป็นโลหะที่มีปริมาณมากชนิดหนึ่งของโลก และมีราคาต่ำ ในทางกลับกันอลูมิเนียมมีข้อจำกัดที่ไม่ทนต่อสารละลายอัลคาไลน์และสามารถเกิดการกัดกร่อนตัวเองได้ง่าย งานวิจัยนี้ศึกษาครึ่งเซลปฏิกิริยาระหว่างอลูมิเนียมและสารละลายเมทานอลกับน้ำเป็นตัวทำละลายร่วมในโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งมีการปรับสัดส่วนที่ 0, 5, 10 และ 20 เปอร์เซ็นโดยน้ำหนัก โดยใช้วิธีทดสอบทางเคมีไฟฟ้า สำหรับแบตเตอรี่อลูมิเนียม-อากาศ ออกแบบให้มีอิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์สองชนิดที่มีการไหลเวียนอิเล็กโทรไลต์ทางด้านขั้วอลูมิเนียม ซึ่งประกอบด้วย โลหะอลูมิเนียม | อาโนไลต์ | เยื่อเลือกผ่านไอออนลบ | คาโทไลต์ | ขั้วไฟฟ้าอากาศ โดยอาโนไลต์ คือสารละลายเมทานอลกับน้ำเป็นตัวทำละลายร่วมในโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ คาโทไลต์คือ พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ชนิดเจล ผลการศึกษาทางเคมีไฟฟ้าพบว่า การเพิ่มสัดส่วนของน้ำจะช่วยลดประจุชั้นในระหว่างฟิล์มอลูมิเนียมและสารละลายอิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้ยังลดค่าศักย์ไฟฟ้าเกินทำให้อลูมิเนียมเกิดปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตามการเพิ่มปริมาณน้ำยังส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนด้วยตัวเองและผลิตแก๊สไฮโดรเจนที่เพิ่มมากขึ้น ข้อมูลการทดสอบแบตเตอรี่อลูมิเนียม-อากาศโดยการคายประจุที่ 10 มิลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร โดยค่าความจุจำเพาะสูงสุดอยู่ที่ 2320 มิลิแอมป์ชั่วโมงต่อกรัม ที่สัดส่วนน้ำ 0 เปอเซ็นต์ มีค่าการใช้อลูมิเนียมที่ 78 เปอร์เซ็นต์ และค่าความจุจำเพาะของแบตเตอรี่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากการกัดกร่อนด้วยตัวเองซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้การทดสอบการคายประจุที่ 10 มิลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร โดยการปรับเปลี่ยนอัตราการไหลของอิเล็กโทรไลต์พบว่าค่าศักย์ไฟฟ้าเฉลี่ยสูงขึ้นเมื่อเพิ่มอัตราการไหลของอิเล็กโทรไลต์

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Soorathep Kheawhom

Role: advisor

Created: 2018

Modified: 2020-08-03

Issued: 2020-08-03

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/61582

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5970448221[1].pdf	2.54 MB

ใช้เวลา

0.022831 วินาที