Pila electroquímica metal-aire
| Pila metal-aire | Energía específica teórica, Wh/kg (incluido el oxígeno) |
Energía específica teórica, Wh/kg (excluyendo el oxígeno) |
Tensión calculada en circuito abierto, V |
|---|---|---|---|
| Aluminio-aire | 4300 | 8140 | 1.2 |
| Alemán-aire | 1480 | 7850 | 1 |
| Calcio-aire | 2990 | 4180 | 3.12 |
| Hierro-aire | 1431 | 2044 | 1.3 |
| Litio-aire | 5210 | 11140 | 2,91 |
| Magnesio-aire | 2789 | 6462 | 2.93 |
| Potasio-aire | 935 | 1700 | 2,48 |
| Sodio-aire | 1677 | 2260 | 2.3 |
| Aire de silicio | 4217 | 9036 | 1,6 |
| Aire de estaño a 1000 K | 860 | 6250 | 0.95 |
| Aire-cinc | 1090 | 1350 | 1,65 |
Aire-litioEditar
La notablemente alta densidad energética del litio metálico (hasta 3458 Wh/kg) inspiró el diseño de las baterías de litio-aire. Una batería de litio-aire se compone de un electrodo sólido de litio, un electrolito que rodea este electrodo y un electrodo de aire ambiente que contiene oxígeno. Las actuales baterías de litio-aire pueden dividirse en cuatro subcategorías basadas en el electrolito utilizado y la consiguiente arquitectura de la celda electroquímica. Estas categorías de electrolitos son apróticos, acuosos, mixtos acuosos/apróticos y de estado sólido, todos los cuales ofrecen sus propias ventajas y desventajas. Sin embargo, la eficiencia de las baterías de litio-aire sigue estando limitada por la descarga incompleta en el cátodo, el sobrepotencial de carga que supera el sobrepotencial de descarga y la estabilidad de los componentes. Durante la descarga de las baterías de litio-aire, el ion superóxido (O2-) formado reaccionará con el electrolito u otros componentes de la celda e impedirá que la batería sea recargable.
Las baterías de sodio-aireEditar
Sodio-aire se propusieron con la esperanza de superar la inestabilidad de la batería asociada al superóxido en las baterías de litio-aire. El sodio, con una densidad energética de 1605 Wh/kg, no tiene una densidad energética tan alta como el litio. Sin embargo, puede formar un superóxido estable (NaO2) en lugar de que el superóxido sufra reacciones secundarias perjudiciales. Dado que el NaO2 se descompone reversiblemente hasta cierto punto en sus componentes elementales, esto significa que las baterías de sodio-aire tienen cierta capacidad intrínseca de ser recargables. Las baterías de sodio-aire sólo pueden funcionar con electrolitos apróticos y anhidros. Cuando se estabilizó un electrolito de DMSO con trifluorometanosulfonimida de sodio, se obtuvo la mayor estabilidad cíclica de una batería de sodio-aire (150 ciclos).
Las baterías de potasio-aireEditar
También se propusieron baterías de potasio-aire con la esperanza de superar la inestabilidad de la batería asociada al superóxido en las baterías de litio-aire. Aunque sólo se han conseguido dos o tres ciclos de carga y descarga con las baterías de aire-potasio, ofrecen una diferencia de sobrepotencial excepcionalmente baja, de sólo 50 mV.
Zinc-aireEditar
Las pilas de zinc-aire se utilizan para los audífonos y las cámaras de cine.
Magnesio-aireEditar
Calcio-aireEdit
Sin artículo; véase también Calcio: propiedades químicas para algunas reacciones del aire (oxígeno).
Aluminio-aireEditar
Hierro-aireEditar
Las baterías recargables de hierro-aire son una tecnología atractiva con el potencial de almacenamiento de energía a escala de red. La principal materia prima de esta tecnología es el óxido de hierro (óxido), que es abundante, no tóxico, barato y respetuoso con el medio ambiente. La mayoría de las baterías que se están desarrollando actualmente utilizan óxido de hierro (sobre todo en polvo) para generar/almacenar hidrógeno mediante la reacción de reducción/oxidación (redox) Fe/FeO (Fe + H2O ⇌ FeO + H2). Junto con una pila de combustible, esto permite que el sistema se comporte como una batería recargable que crea H2O/H2 mediante la producción/consumo de electricidad. Además, esta tecnología tiene un impacto medioambiental mínimo, ya que podría utilizarse para almacenar energía procedente de fuentes intermitentes de energía solar y eólica, desarrollando un sistema energético con bajas emisiones de dióxido de carbono.
El funcionamiento del sistema puede comenzar utilizando la reacción redox Fe/FeO, luego el hidrógeno creado durante la oxidación del hierro puede ser consumido por una pila de combustible junto con el oxígeno del aire para crear electricidad. Cuando es necesario almacenar la electricidad, el hidrógeno generado a partir del agua mediante el funcionamiento inverso de la pila de combustible se consume durante la reducción del óxido de hierro a hierro metálico. La combinación de ambos ciclos es lo que hace que el sistema funcione como una batería recargable de hierro-aire.
Las limitaciones de esta tecnología provienen de los materiales utilizados. Generalmente, se seleccionan lechos de polvo de óxido de hierro, sin embargo, la rápida sinterización y pulverización de los polvos limitan la posibilidad de alcanzar un elevado número de ciclos, lo que se traduce en una menor capacidad. Otros métodos que se están investigando actualmente, como la impresión en 3D y la fundición por congelación, tratan de permitir la creación de materiales de arquitectura para permitir una alta área de superficie y cambios de volumen durante la reacción redox.