Fém-levegő elektrokémiai cella
| Fém-levegő akkumulátor | elméleti fajlagos energia, Wh/kg (oxigénnel együtt) |
elméleti fajlagos energia, Wh/kg (oxigén nélkül) |
Kalkulált üresjárati feszültség, V |
|---|---|---|---|
| Alumínium-levegő | 4300 | 8140 | 1.2 |
| Germánium-levegő | 1480 | 7850 | 1 |
| Kalcium-levegő | 2990 | 4180 | 3.12 |
| Vas-levegő | 1431 | 2044 | 1.3 |
| Lítium-levegő | 5210 | 11140 | 2.91 |
| Magnézium-levegő | 2789 | 6462 | 2.93 |
| Kálium-levegő | 935 | 1700 | 2.48 |
| Nátrium-levegő | 1677 | 2260 | 2.3 |
| Szilícium-levegő | 4217 | 9036 | 1.6 |
| Ón-levegő 1000 K-en | 860 | 6250 | 0.95 |
| Cink-levegő | 1090 | 1350 | 1.65 |
Lítium-levegőSzerk: Lítium-levegő akkumulátor
A lítium-fém feltűnően nagy energiasűrűsége (akár 3458 Wh/kg) inspirálta a lítium-levegő akkumulátorok tervezését. A lítium-levegő akkumulátor egy szilárd lítiumelektródból, egy ezt az elektródot körülvevő elektrolitból és egy oxigént tartalmazó környezeti levegőelektródból áll. A jelenlegi lítium-levegő akkumulátorok négy alkategóriába sorolhatók az alkalmazott elektrolit és az azt követő elektrokémiai cellaszerkezet alapján. Ezek az elektrolit-kategóriák az aprotikus, a vizes, a vegyes vizes/aprotikus és a szilárd halmazállapotú, amelyek mindegyike sajátos előnyökkel és hátrányokkal rendelkezik. Mindazonáltal a lítium-levegő akkumulátorok hatékonyságát még mindig korlátozza a katódon történő nem teljes kisülés, a kisülési túlpotenciált meghaladó töltési túlpotenciál és az alkatrészek stabilitása. A lítium-levegő akkumulátorok kisütése során a képződő szuperoxidion (O2-) reakcióba lép az elektrolittal vagy más cellakomponensekkel, és megakadályozza az akkumulátor újratölthetőségét.
Nátrium-levegőSzerkesztés
A lítium-levegő akkumulátorok szuperoxiddal kapcsolatos instabilitásának leküzdése reményében javasolták a nátrium-levegő akkumulátorokat. A nátrium 1605 Wh/kg energiasűrűségével nem büszkélkedhet olyan nagy energiasűrűséggel, mint a lítium. Azonban képes stabil szuperoxidot (NaO2) képezni, szemben azzal, hogy a szuperoxid káros másodlagos reakcióknak menjen keresztül. Mivel a NaO2 bizonyos mértékig reverzibilisen bomlik vissza az elemi összetevőkre, ez azt jelenti, hogy a nátrium-levegő akkumulátoroknak van némi belső képessége az újratölthetőségre. A nátrium-levegő akkumulátorok csak aprotikus, vízmentes elektrolitokkal működhetnek. Amikor egy DMSO elektrolitot nátrium-trifluor-metánszulfonimiddel stabilizáltak, a nátrium-levegő akkumulátorok legnagyobb ciklikus stabilitását érték el (150 ciklus).
Kálium-levegőSzerkesztés
A lítium-levegő akkumulátorok szuperoxiddal kapcsolatos instabilitásának leküzdésének reményében kálium-levegő akkumulátorokat is javasoltak. Bár a kálium-levegő akkumulátorokkal eddig csak két-három töltési-kisütési ciklust értek el, kivételesen alacsony, mindössze 50 mV-os túlfeszültség-különbséggel rendelkeznek.
Cink-levegőSzerkesztés
A cink-levegő akkumulátorokat hallókészülékekben és filmkamerákban használják.
Magnézium-levegőSzerkesztés
Kalcium-levegőSzerkesztés
Nincs szócikk; lásd még Kalcium: kémiai tulajdonságok egyes levegő (oxigén) reakciókhoz.
Alumínium-levegőSzerkesztés
Vas-levegőSzerkesztés
A vas-levegő akkumulátorok vonzó technológia a hálózati méretű energiatárolás lehetőségével. E technológia fő nyersanyaga a vas-oxid (rozsda), amely bőségesen rendelkezésre áll, nem mérgező, olcsó és környezetbarát. A jelenleg fejlesztés alatt álló akkumulátorok többsége vasoxidot (többnyire porokat) használ hidrogén előállítására/tárolására a Fe/FeO redukciós/oxidációs (redox) reakció (Fe + H2O ⇌ FeO + H2) révén. Tüzelőanyag-cellával együtt ez lehetővé teszi, hogy a rendszer újratölthető akkumulátorként viselkedjen, amely H2O/H2-t hoz létre az elektromos áram termelésén/fogyasztásán keresztül. Továbbá ez a technológia minimális környezeti hatással bír, mivel felhasználható az időszakos nap- és szélenergiaforrásokból származó energia tárolására, így alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiarendszer alakítható ki.
A rendszer működése a Fe/FeO redoxireakcióval kezdődhet, majd a vas oxidációja során keletkező hidrogént egy üzemanyagcella a levegőből származó oxigénnel együtt villamos energia előállítására használhatja fel. Amikor a villamos energiát tárolni kell, az üzemanyagcella fordított üzemmódban történő működtetésével a vízből előállított hidrogént a vasoxid fémes vassá történő redukciója során fogyasztják el. E két ciklus kombinációja az, ami a rendszert vas-levegő újratölthető akkumulátorként működteti.
A technológia korlátai a felhasznált anyagokból adódnak. Általában vasoxidporos ágyakat választanak, azonban a porok gyors szintereződése és porlódása korlátozza a nagy ciklusszám elérésének lehetőségét, ami alacsonyabb kapacitást eredményez. Más, jelenleg vizsgált módszerek, mint például a 3D nyomtatás és a fagyasztásos öntés, olyan architektúrájú anyagok létrehozását igyekeznek lehetővé tenni, amelyek nagy felület- és térfogatváltozást tesznek lehetővé a redoxireakció során.