Elektrochemický článek kov-vzduch
| Baterie kov-vzduch | Teoretická měrná energie, Wh/kg (včetně kyslíku) |
Teoretická měrná energie, Wh/kg (bez kyslíku) |
Výpočtové napětí naprázdno, V |
|---|---|---|---|
| Hliníkovzdušná | 4300 | 8140 | 1.2 |
| Germanium-vzduch | 1480 | 7850 | 1 |
| Vápník-vzduch | 2990 | 4180 | 3.12 |
| Železo-vzduch | 1431 | 2044 | 1.3 |
| Lithium-vzduch | 5210 | 11140 | 2,91 |
| Magnesium-vzduch | 2789 | 6462 | 2.93 |
| Draslík-vzduch | 935 | 1700 | 2,48 |
| Sodík-vzduch | 1677 | 2260 | 2.3 |
| Křemík-vzduch | 4217 | 9036 | 1,6 |
| Cín-vzduch při 1000 K | 860 | 6250 | 0.95 |
| Zinkový vzduch | 1090 | 1350 | 1,65 |
Lithiový vzduchUpravit
Pozoruhodně vysoká hustota energie kovového lithia (až 3458 Wh/kg) inspirovala konstrukci lithium-vzduchových baterií. Lithium-vzduchová baterie se skládá z pevné lithiové elektrody, elektrolytu obklopujícího tuto elektrodu a elektrody okolního vzduchu obsahujícího kyslík. Současné lithium-vzduchové baterie lze rozdělit do čtyř podkategorií podle použitého elektrolytu a následné elektrochemické architektury článku. Tyto kategorie elektrolytů jsou aprotické, vodné, smíšené vodné/aprotické a pevné, přičemž všechny mají své odlišné výhody a nevýhody. Nicméně účinnost lithium-vzduchových baterií je stále omezena neúplným vybitím na katodě, nabíjecím overpotenciálem převyšujícím vybíjecí overpotenciál a stabilitou komponent. Během vybíjení lithium-vzduchových baterií dochází k reakci vznikajícího superoxidového iontu (O2-) s elektrolytem nebo dalšími součástmi článku, což znemožňuje dobíjení baterie.
Sodík-vzduchEdit
Sodík-vzduchové baterie byly navrženy s nadějí na překonání nestability baterie spojené se superoxidem v lithium-vzduchových bateriích. Sodík s hustotou energie 1605 Wh/kg se nemůže pochlubit tak vysokou hustotou energie jako lithium. Může však vytvářet stabilní superoxid (NaO2) na rozdíl od superoxidu, který podléhá škodlivým sekundárním reakcím. Vzhledem k tomu, že se NaO2 do určité míry vratně rozkládá zpět na elementární složky, znamená to, že sodíkovo-vzduchové baterie mají určitou vnitřní schopnost dobíjení. Sodík-vzduchové baterie mohou fungovat pouze s aprotickými, bezvodými elektrolyty. Když byl elektrolyt DMSO stabilizován trifluoromethanesulfonimidem sodným, bylo dosaženo nejvyšší cyklické stability sodíkovo-vzduchové baterie (150 cyklů).
DraslíkovzdušnéEdit
Draslíkovzdušné baterie byly rovněž navrženy s nadějí na překonání nestability baterie spojené se superoxidem v lithium-vzduchových bateriích. S draslíkovzdušnými bateriemi bylo sice dosaženo pouze dvou až tří cyklů nabíjení a vybíjení, nabízejí však výjimečně nízký rozdíl přepotenciálů pouhých 50 mV.
ZinkovzdušnéEdit
Zinko-vzduchové baterie se používají pro naslouchadla a filmové kamery.
Hořčík-vzduchEdit
Palivový článek hořčík-vzduchUpravit
Žádný článek; viz také Vápník: chemické vlastnosti pro některé reakce se vzduchem (kyslíkem).
Hliník-vzduchEdit
Železo-vzduchEdit
Železo-vzdušné akumulátory jsou atraktivní technologií s potenciálem skladování energie v síťovém měřítku. Hlavní surovinou této technologie je oxid železitý (rez), který je hojný, netoxický, levný a šetrný k životnímu prostředí. Většina baterií, které se v současné době vyvíjejí, využívá oxid železitý (většinou práškový) k výrobě/ukládání vodíku prostřednictvím redukční/oxidační (redoxní) reakce Fe/FeO (Fe + H2O ⇌ FeO + H2). Ve spojení s palivovým článkem se tak systém chová jako dobíjecí baterie vytvářející H2O/H2 prostřednictvím výroby/spotřeby elektrické energie. Kromě toho má tato technologie minimální dopad na životní prostředí, protože by mohla být použita k ukládání energie z přerušovaných solárních a větrných zdrojů, čímž by se vyvinul energetický systém s nízkými emisemi oxidu uhličitého.
Způsob fungování systému může začít použitím redoxní reakce Fe/FeO, poté může být vodík vytvořený při oxidaci železa spotřebován palivovým článkem ve spojení s kyslíkem ze vzduchu k výrobě elektřiny. Když je třeba elektřinu skladovat, spotřebuje se při redukci oxidu železitého na kovové železo vodík vytvořený z vody provozem palivového článku v opačném směru. Kombinace obou těchto cyklů umožňuje, aby systém fungoval jako akumulátor železa a vzduchu.
Omezení této technologie vyplývají z použitých materiálů. Obecně se volí prášková ložiska oxidu železa, avšak rychlé spékání a rozmělňování prášků omezuje možnost dosáhnout vysokého počtu cyklů, což má za následek nižší kapacitu. Další metody, které se v současné době zkoumají, jako je 3D tisk a odlévání mrazem, se snaží umožnit vytvoření architektonických materiálů, které by umožnily vysoké změny povrchu a objemu během redoxní reakce.