Cella elettrochimica metallo-aria

Litio-ariaEdit

La densità energetica notevolmente elevata del litio metallico (fino a 3458 Wh/kg) ha ispirato la progettazione di batterie litio-aria. Una batteria litio-aria consiste in un elettrodo di litio solido, un elettrolita che circonda questo elettrodo e un elettrodo di aria ambiente contenente ossigeno. Le attuali batterie litio-aria possono essere suddivise in quattro sottocategorie basate sull’elettrolita utilizzato e sulla conseguente architettura elettrochimica della cella. Queste categorie di elettroliti sono aprotiche, acquose, miste acquose/aprotiche e allo stato solido, che offrono tutti i loro distinti vantaggi e svantaggi. Tuttavia, l’efficienza delle batterie litio-aria è ancora limitata dallo scarico incompleto al catodo, dal sovrapotenziale di carica che supera il sovrapotenziale di scarica e dalla stabilità dei componenti. Durante la scarica delle batterie litio-aria, lo ione superossido (O2-) formato reagisce con l’elettrolita o altri componenti della cella e impedisce alla batteria di essere ricaricabile.

Sodio-ariaModifica

Le batterie sodio-aria sono state proposte con la speranza di superare l’instabilità della batteria associata al superossido nelle batterie litio-aria. Il sodio, con una densità di energia di 1605 Wh/kg, non vanta una densità di energia elevata come il litio. Tuttavia, può formare un superossido stabile (NaO2) al contrario del superossido che subisce reazioni secondarie dannose. Poiché il NaO2 si decompone in modo reversibile fino a tornare ai componenti elementari, questo significa che le batterie sodio-aria hanno una certa capacità intrinseca di essere ricaricabili. Le batterie sodio-aria possono funzionare solo con elettroliti aprotici e anidri. Quando un elettrolita DMSO è stato stabilizzato con trifluorometansulfonimide di sodio, è stata ottenuta la più alta stabilità ciclistica di una batteria sodio-aria (150 cicli).

Potassio-ariaEdit

Le batterie potassio-aria sono state proposte anche con la speranza di superare l’instabilità della batteria associata al superossido nelle batterie litio-aria. Mentre solo due o tre cicli di carica e scarica sono stati raggiunti con le batterie potassio-aria, esse offrono una differenza di overpotenziale eccezionalmente bassa di soli 50 mV.

Zinco-ariaEdit

Le batterie zinco-aria sono utilizzate per apparecchi acustici e macchine fotografiche a pellicola.

Magnesio-ariaModifica

Calcio-ariaEdit

Nessun articolo; vedi anche Calcio: proprietà chimiche per alcune reazioni dell’aria (ossigeno).

Alluminio-ariaModifica

Ferro-ariaEdit

Le batterie ricaricabili ferro-aria sono una tecnologia attraente con il potenziale di stoccaggio di energia su scala di rete. La principale materia prima di questa tecnologia è l’ossido di ferro (ruggine) che è abbondante, non tossico, poco costoso ed ecologico. La maggior parte delle batterie attualmente sviluppate utilizza l’ossido di ferro (per lo più polveri) per generare/stoccare l’idrogeno attraverso la reazione di riduzione/ossidazione (redox) Fe/FeO (Fe + H2O ⇌ FeO + H2). In combinazione con una cella a combustibile, questo permette al sistema di comportarsi come una batteria ricaricabile creando H2O/H2 attraverso la produzione/consumo di elettricità. Inoltre, questa tecnologia ha un impatto ambientale minimo in quanto potrebbe essere utilizzata per immagazzinare energia da fonti intermittenti di energia solare ed eolica, sviluppando un sistema energetico con basse emissioni di anidride carbonica.

Il modo in cui il sistema funziona può iniziare utilizzando la reazione redox Fe/FeO, poi l’idrogeno creato durante l’ossidazione del ferro può essere consumato da una cella a combustibile insieme all’ossigeno dell’aria per creare elettricità. Quando l’elettricità deve essere immagazzinata, l’idrogeno generato dall’acqua facendo funzionare la cella a combustibile al contrario viene consumato durante la riduzione dell’ossido di ferro a ferro metallico. La combinazione di entrambi questi cicli è ciò che fa funzionare il sistema come una batteria ricaricabile ferro-aria.

Le limitazioni di questa tecnologia derivano dai materiali usati. Generalmente, vengono selezionati letti di polvere di ossido di ferro, tuttavia, la rapida sinterizzazione e polverizzazione delle polveri limitano la capacità di raggiungere un alto numero di cicli con conseguente capacità inferiore. Altri metodi attualmente in fase di studio, come la stampa 3D e il freeze-casting, cercano di consentire la creazione di materiali di architettura per consentire elevati cambiamenti di superficie e volume durante la reazione redox.

Silicon-airEdit