Pin nhôm – không khí được nghiên cứu ứng dụng trong các thiết bị cần nguồn điện nhẹ, mật độ năng lượng cao như thiết bị quân sự, phao cứu sinh, xe điện dùng một lần. Pin hoạt động trong môi trường kiềm, trong đó nhôm bị oxi hóa và oxygen trong không khí bị khử.
Cho các dữ kiện: E°(O2 + 2H2O + 4e → 4OH-) = +0,40V; E°(Al → Al3+ + 3e) = -1,66V; F = 96500 C/mol, hiệu suất dòng điện đạt 80%, điện lượng q = I.t với q là điện tích (C), I là cường độ dòng điện (A), t là thời gian (s).
a) Khi pin hoạt động, phản ứng tại cathode là: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-, do đó môi trường dung dịch có tính base.
b) Nếu một pin dùng 5,4 gam nhôm để cấp dòng điện ổn định 5.10⁻⁵A cho thiết bị cứu hộ hoạt động liên tục ngoài biển, thì thời gian tối đa pin hoạt động là khoảng 1430 ngày, biết rằng toàn bộ nhôm đều tham gia phản ứng theo phương trình Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e. (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
c) Sức điện động chuẩn của pin là 2,06V.
d) Trong pin, điện cực nhôm bị ăn mòn nên pin không thể sạc bằng phương pháp điện hóa thông thường.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, khi pin chưa hoạt động, môi trường trong pin đã là base. Khi pin hoạt động, OH- bị tiêu hao (do phản ứng với Al3+), tại cathode sinh ra OH- để bù lại:
O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
Vì vậy môi trường kiềm trong pin được giữ ổn định.
(b) Sai:
nAl = 0,2 —> ne = 3nAl = 0,6
H = 80% nên t = 80%ne.F/I = 926400000s = 10722 ngày
(c) Đúng, E°pin = E°cathode – E°anode = 0,40 – (-1,66) = 2,06V.
(d) Đúng, điện cực nhôm đã bị ăn mòn và chuyển hóa thành Al(OH)3. Không thể chuyển hóa Al(OH)3 thành Al ban đầu bằng cách điện phân (sạc điện). Vì vậy pin Al – không khí là pin không thể sạc.