Elektrokemisk metal-luft-celle
| Metal-luft-batteri | Theoretisk specifik energi, Wh/kg (inklusive ilt) |
Theoretisk specifik energi, Wh/kg (eksklusive ilt) |
Beregnet åben kredsløbsspænding, V | |
|---|---|---|---|---|
| Aluminium-luft | 4300 | 8140 | 1.2 | |
| Germanium-luft | 1480 | 7850 | 1 | |
| Kalcium-luft | 2990 | 4180 | 3.12 | |
| Jern-luft | 1431 | 2044 | 1.3 | |
| Lithium-luft | 5210 | 11140 | 2.91 | |
| Magnesium-luft | 2789 | 6462 | 2.93 | |
| Kalium-luft | 935 | 1700 | 2,48 | |
| Natrium-luft | 1677 | 1677 | 2260 | 2.3 |
| Silicium-luft | 4217 | 9036 | 1,6 | |
| Tin-luft ved 1000 K | 860 | 660 | 6250 | 0.95 |
| Zink-luft | 1090 | 1350 | 1,65 |
Lithium-luftRediger
Den bemærkelsesværdigt høje energitæthed af lithiummetal (op til 3458 Wh/kg) inspirerede til udformningen af lithium-luft-batterier. Et lithium-luft-batteri består af en fast lithiumelektrode, en elektrolyt, der omgiver denne elektrode, og en elektrode i den omgivende luft, der indeholder ilt. De nuværende lithium-luft-batterier kan opdeles i fire underkategorier baseret på den anvendte elektrolyt og den efterfølgende elektrokemiske cellearkitektur. Disse kategorier af elektrolytter er aprotisk, vandig, blandet vandig/aprotisk og faststof, som alle har deres egne fordele og ulemper. Ikke desto mindre er effektiviteten af lithium-luft-batterier stadig begrænset af ufuldstændig afladning ved katoden, overpotentialet ved opladning, der overstiger overpotentialet ved afladning, og komponentstabilitet. Under afladning af lithium-luft-batterier reagerer den dannede superoxid-ion (O2-) med elektrolytten eller andre cellekomponenter og forhindrer batteriet i at være genopladeligt.
Natrium-luftBearbejd
Natrium-luft-batterier blev foreslået i håb om at overvinde den ustabilitet i batteriet, der er forbundet med superoxid i lithium-luft-batterier. Natrium har med en energitæthed på 1605 Wh/kg ikke en lige så høj energitæthed som lithium. Det kan imidlertid danne en stabil superoxid (NaO2) i stedet for at superoxiden gennemgår skadelige sekundære reaktioner. Da NaO2 i et vist omfang kan nedbrydes reversibelt tilbage til de elementære bestanddele, betyder dette, at natrium-luft-batterier har en vis iboende evne til at være genopladelige. Natrium-luft-batterier kan kun fungere med aprotiske, vandfrie elektrolytter. Når en DMSO-elektrolyt blev stabiliseret med natriumtrifluormethansulfonimid, blev den højeste cyklusstabilitet for et natrium-luft-batteri opnået (150 cyklusser).
Kalium-luftBearbejd
Kalium-luft-batterier blev også foreslået med håb om at overvinde den ustabilitet, der er forbundet med superoxid i lithium-luft-batterier. Selv om der kun er opnået to til tre opladnings- og afladningscyklusser med kalium-luft-batterier, har de en usædvanlig lav overpotentialedifference på kun 50 mV.
Zink-luftBearbejd
Zink-luft-batterier anvendes til høreapparater og filmkameraer.
Magnesium-luftRediger
Calcium-luftRediger
Ingen artikel; se også Calcium: kemiske egenskaber for nogle luft (ilt)-reaktioner.
Aluminium-luftRediger
Jern-luftBearbejd
Jern-luft genopladelige batterier er en attraktiv teknologi med potentiale til energilagring i netskala. Det vigtigste råmateriale i denne teknologi er jernoxid (rust), som er rigeligt tilgængeligt, ikke-toksisk, billigt og miljøvenligt. De fleste af de batterier, der udvikles i øjeblikket, anvender jernoxid (for det meste pulver) til at generere/lagre brint via Fe/FeO-reduktions/oxidationsreaktionen (redoxreaktionen) (Fe + H2O ⇌ FeO + H2). I forbindelse med en brændselscelle gør dette systemet i stand til at opføre sig som et genopladeligt batteri, der skaber H2O/H2 via produktion/forbrug af elektricitet. Desuden har denne teknologi en minimal miljøpåvirkning, da den kan bruges til at lagre energi fra intermitterende sol- og vindkilder og dermed udvikle et energisystem med lave kuldioxidemissioner.
Den måde, systemet fungerer på, kan starte med at bruge Fe/FeO-redoxreaktionen, hvorefter den brint, der dannes under oxidationen af jern, kan forbruges af en brændselscelle sammen med ilt fra luften for at skabe elektricitet. Når elektriciteten skal lagres, forbruges den brint, der genereres fra vand ved at drive brændselscellen i omvendt retning, under reduktionen af jernoxid til metallisk jern. Kombinationen af disse to cyklusser er det, der får systemet til at fungere som et genopladeligt jern-luft-batteri.
Begrænsningerne ved denne teknologi kommer fra de anvendte materialer. Generelt vælges jernoxidpulverbede, men hurtig sintring og pulverisering af pulverne begrænser muligheden for at opnå et højt antal cyklusser, hvilket resulterer i en lavere kapacitet. Andre metoder, der i øjeblikket undersøges, såsom 3D-printing og freeze-casting, søger at gøre det muligt at skabe arkitekturmaterialer, der giver mulighed for store overfladeareal- og volumenændringer under redoxreaktionen.