Ali je aluminij dober za sončne celice?

Aluminij (ali aluminij v ameriški angleščini in kanadski angleščini) je kemični element s simbolom Al in atomskim številom 13. Aluminij ima gostoto, ki je nižja od gostote drugih običajnih kovin, približno tretjino gostote jekla. Ima veliko afiniteto do kisika in ob stiku z zrakom na površini tvori zaščitno plast oksida. Aluminij vizualno spominja na srebro, tako po barvi kot po veliki odbojnosti svetlobe. Je mehak, nemagneten in duktilen. Ima en stabilen izotop, 27Al; ta izotop je zelo pogost, zaradi česar je aluminij dvanajsti najpogostejši element v vesolju. Radioaktivnost 26Al se uporablja pri radiodaciji.

Kemično je aluminij postprehodna kovina v skupini bora; kot je običajno za skupino, aluminij tvori spojine predvsem v oksidacijskem stanju +3. Aluminijev kation Al3+ je majhen in močno nabit; kot taka je polarizirajoča in vezi aluminijevih oblik težijo k kovalentnosti. Močna afiniteta do kisika vodi do skupnega povezovanja aluminija s kisikom v naravi v obliki oksidov; zaradi tega se aluminij na Zemlji nahaja predvsem v kamninah v skorji, kjer je tretji najpogostejši element za kisikom in silicijem, ne pa v plašču in skoraj nikoli kot prosta kovina.

Odkritje aluminija je leta 1825 napovedal danski fizik Hans Christian Ørsted. Prvo industrijsko proizvodnjo aluminija je leta 1856 začel francoski kemik Henri Étienne Sainte-Claire Deville. Aluminij je postal veliko bolj dostopen javnosti s postopkom Hall–Héroult, ki sta ga neodvisno razvila francoski inženir Paul Héroult in ameriški inženir Charles Martin Hall leta 1886, množična proizvodnja aluminija pa je vodila v njegovo široko uporabo v industriji in vsakdanjem življenju. V prvi in ​​drugi svetovni vojni je bil aluminij ključni strateški vir za letalstvo. Leta 1954 je aluminij postal najbolj proizvedena barvna kovina in je prehitel baker. V 21. stoletju je bilo največ aluminija porabljenega v transportu, inženirstvu, gradbeništvu in pakiranju v ZDA, zahodni Evropi in na Japonskem.

Kljub njegovi razširjenosti v okolju ni znano, da bi noben živ organizem metabolično uporabljal aluminijeve soli, rastline in živali pa aluminij dobro prenašajo. Zaradi obilice teh soli je potencial njihove biološke vloge še naprej zanimiv in študije se nadaljujejo.

Aplikacija

Glej tudi: Aluminijeve zlitine

Svetovna proizvodnja aluminija je leta 2016 znašala 58,8 milijona metričnih ton. Presegel je vse druge kovine razen železa (1.231 milijonov metričnih ton). [138] [139]

Aluminij je skoraj vedno legiran, kar bistveno izboljša njegove mehanske lastnosti, zlasti pri kaljenju. Na primer, običajne aluminijaste folije in pločevinke za pijačo so zlitine iz 92 % do 99 % aluminija.[140] Glavna legirna sredstva so baker, cink, magnezij, mangan in silicij (npr. duraluminij) z vsebnostjo drugih kovin v nekaj masnih odstotkih.[141] Aluminij, obdelan in ulit, je bil med drugim legiran z: manganom, silicijem, magnezijem, bakrom in cinkom.[142] Na primer, družino zlitin Kynal je razvil britanski proizvajalec kemikalij Imperial Chemical Industries.

Aluminijasta pločevinka

Glavne uporabe kovinskega aluminija so v:

• Prevoz (avtomobili, letala, tovornjaki, železniški avtomobili, pomorska plovila, kolesa, vesoljska plovila itd.). Aluminij se uporablja zaradi nizke gostote;

• Embalaža (pločevinke, folija, okvir itd.). Aluminij se uporablja, ker ni strupen (glej spodaj), se ne absorbira in je odporen na drobce;

• Gradbeništvo (okna, vrata, obloge, gradbena žica, obloge, strešne kritine itd.). Ker je jeklo cenejše, se aluminij uporablja, kadar so pomembni lahkotnost, odpornost proti koroziji ali tehnične značilnosti;

• Uporaba v zvezi z elektriko (prevodniške zlitine, motorji in generatorji, transformatorji, kondenzatorji itd.). Aluminij se uporablja, ker je razmeroma poceni, visoko prevoden, ima ustrezno mehansko trdnost in nizko gostoto ter je odporen proti koroziji;

• Široka ponudba gospodinjskih pripomočkov, od kuhinjskih pripomočkov do pohištva. Nizka gostota, dober videz, enostavnost izdelave in vzdržljivost so ključni dejavniki uporabe aluminija;

• Stroji in oprema (procesna oprema, cevi, orodja). Aluminij se uporablja zaradi svoje odpornosti proti koroziji, nepirofornosti in mehanske trdnosti.

• Ohišja za prenosne računalnike. Trenutno se redko uporablja brez legiranja [144], vendar je aluminij mogoče reciklirati in čisti aluminij ima preostalo tržno vrednost: na primer, rabljen material za pločevinke za pijačo (UBC) je bil uporabljen za oblaganje elektronskih komponent prenosnika MacBook Air, pametnega telefona Pixel 5 ali pametne ure Summit Lite.

Kakšen je material za sončne celice?

Material za solarni okvir je aluminijeva zlitina 6063.

AA 6063 je aluminijeva zlitina z magnezijem in silicijem kot zlitinskima elementoma. Standard, ki nadzoruje njegovo sestavo, vzdržuje The Aluminium Association. Na splošno ima dobre mehanske lastnosti in ga je mogoče toplotno obdelovati in variti. Podobna je britanski aluminijevi zlitini HE9.

6063 je najpogostejša zlitina, ki se uporablja za ekstruzijo aluminija. Omogoča oblikovanje zapletenih oblik z zelo gladkimi površinami, primernimi za eloksiranje, zato je priljubljen za vidne arhitekturne aplikacije, kot so okenski okvirji, okvirji vrat, strehe in okvirji znakov.

Kemična sestava

Sestava zlitine 6063 je: aluminij aiioy 6063

Sestavni element	Najmanj (% teže)	Največ (% teže)
Aluminij (Al)	97,50 %	99,35 %
magnezij (Mg)	0,45 %	0,90 %
Silicij (Si)	0,20 %	0,60 %
Železo (Fe)	0	0,35 %
Krom (Cr)	0	0,10 %
Baker (Cu)	0	0,10 %
Mangan (Mn)	0	0,10 %
Titan (Ti)	0	0,10 %
Cink (Sn)	0	0,10 %
drugi	0	0,15 % skupaj (0,05 % vsak)

Mehanske lastnosti:

6063-T5

T5 temper 6063 ima končno natezno trdnost najmanj 140 MPa (20.000 psi) pri debelinah do 13 milimetrov (0,5 in) in 130 MPa (19.000 psi) od 13 mm (0,5 in) debeline ter mejo tečenja najmanj 97 MPa (14.000 psi) do 13 mm. milimetrov (0,5 in) in 90 MPa (13.000 psi) od 13 do 25 mm (0,5 do 1 in). Ima raztezek 8%.

6063-T6

T6 temper 6063 ima končno natezno trdnost najmanj 190 MPa (28.000 psi) in mejo tečenja najmanj 160 MPa (23.000 psi). Pri debelini 3,15 milimetrov (0,124 in) ali manj ima raztezek 8 % ali več; v debelejših delih ima raztezek 10 %.

Zaključek

6063 se uporablja za arhitekturno izdelavo, okenske in vratne okvirje, cevi in ​​aluminijasto pohištvo. Zato je dobro za uporabo v solarnih kolektorjih.