铝空气电池热效应计算

铝空气电池热效应计算

在铝空气电池闲置及工作期间的主要热量来源：

一、闲置期间铝电极的腐蚀产热，主要热量来源之一，记为H1

二、放电过程中铝电极无效或者低效率的阳极溶解，记为H2

三、放电过程中产生的焦耳热，记为H3

四、闲置和放电期间非均一的质量转移

铝空气电池产热量的研究方法：

一、失重量与温度的测量

二、开路电位测量

三、阳极恒流极化与阴极恒流极化

四、电池放电的焦耳热

H1的测量

方法一：将测试样品自由悬挂浸泡在测试体系中，测试时间为60分钟，测量一定时间间隔内铝电极的溶解量和温度的升高量。

方法二：热力学方法计算

Al+3H2O+OH-=3/2H2+Al(OH)4-

计算标准状态下等压热效应

△r H mθ=3/2△f H mθ(H2) + △f H mθ(Al(OH)4-) -△f H mθ(Al)- 3△f H mθ(H2O) - △f H mθ(OH-) =0 -1502.5-0+3X285.83+229.994

=-415.016 KJ/mol

根据基尔霍夫方程计算不同温度下析氢反应的反应焓变(T为反应实际温度)

△r H mθ（T）-△r H mθ（25℃）=（T-25）-(ΣνB C P,M)

△r H mθ（T）=[-413.6-0.06T] KJ/mol

通过测试合金的析氢速率得出单位时间析氢量

前期实验数据表明析氢速率为：0.06ml/cm-2min

设总铝板面积为A m2，在单位时间t(h)内产氢量：

n=(0.06x10000x60xAxt)/1000x22.4=1.6At (mol)

得出总发热量：Q=△r H mθ（T）X 2n/3

=[-413.6-0.06T] 1.6At (KJ)

H2的测量

阳极溶解的三个效应：质量转移，电荷转移，腐蚀（非法拉第过程）

方法：采用阳极极化测量实际极化过程中腐蚀电流密度，以及电解液温度的变化产氢量与腐蚀电流密度的关系：

i corr=2PVF/tSRT

P:大气压强（Pa）

V:析氢量(ml)

F,R:常数

t:测试时间

S:电极表面积

T:测试温度

从文献数据来看，H2比H1要小很多

H3的测量

电池内阻

R int=(V total-V electrolysis)/I (V total：端电压，V electrolysis：电解电压，I：放电电流)

W(焦耳热)=H3=I2R int