Ogniwo elektrochemiczne metal-powietrze
| Bateria metal-powietrze | Teoretyczna energia właściwa, Wh/kg (z uwzględnieniem tlenu) |
Teoretyczna energia właściwa, Wh/kg (bez tlenu) |
Obliczeniowe napięcie otwartego obwodu, V |
|---|---|---|---|
| Aluminium-powietrze | 4300 | 8140 | 1.2 |
| German-air | 1480 | 7850 | 1 |
| Calcium-air | 2990 | 4180 | 3.12 |
| Żelazo – powietrze | 1431 | 2044 | 1.3 |
| Lithium-air | 5210 | 11140 | 2.91 |
| Magnesium-air | 2789 | 6462 | 2.93 |
| Potas-powietrze | 935 | 1700 | 2.48 |
| Sód-powietrze | 1677 | 2260 | 2.3 |
| Powietrze krzemowe | 4217 | 9036 | 1.6 |
| Powietrze cynowe w 1000 K | 860 | 6250 | 0.95 |
| Cynk-powietrze | 1090 | 1350 | 1,65 |
Lit-powietrzeEdit
Niezwykle wysoka gęstość energii litu metalicznego (do 3458 Wh/kg) zainspirowała konstrukcję akumulatorów litowo-powietrznych. Bateria litowo-powietrzna składa się ze stałej elektrody litowej, elektrolitu otaczającego tę elektrodę oraz elektrody z powietrza atmosferycznego zawierającej tlen. Obecne baterie litowo-powietrzne można podzielić na cztery podkategorie w oparciu o zastosowany elektrolit i architekturę ogniwa elektrochemicznego. Te kategorie elektrolitów są aprotoniczne, wodne, mieszane wodne/aprotoniczne i stałe, z których wszystkie mają swoje własne zalety i wady. Niemniej jednak, wydajność baterii litowo-powietrznych jest nadal ograniczona przez niecałkowite rozładowanie na katodzie, nadpotencjał ładowania przekraczający nadpotencjał rozładowania oraz stabilność komponentów. Podczas rozładowywania baterii litowo-powietrznych, powstały jon ponadtlenkowy (O2-) reaguje z elektrolitem lub innymi składnikami ogniwa i uniemożliwia ponowne naładowanie baterii.
Akumulatory sodowo-powietrzneEdit
Akumulatory sodowo-powietrzne zostały zaproponowane z nadzieją na przezwyciężenie niestabilności baterii związanej z ponadtlenkiem w bateriach litowo-powietrznych. Sód, z gęstością energii 1605 Wh/kg, nie może pochwalić się tak wysoką gęstością energii jak lit. Jednak może on tworzyć stabilny nadtlenek (NaO2), w przeciwieństwie do nadtlenku, który ulega szkodliwym reakcjom wtórnym. Ponieważ NaO2 rozkłada się odwracalnie do pewnego stopnia z powrotem do składników elementarnych, oznacza to, że baterie sodowo-powietrzne mają pewną wewnętrzną zdolność do ponownego ładowania. Baterie sodowo-powietrzne mogą działać tylko z aprotycznymi, bezwodnymi elektrolitami. Kiedy elektrolit DMSO był stabilizowany trifluorometanosulfonimidem sodu, uzyskano najwyższą stabilność cykliczną baterii sodowo-powietrznej (150 cykli).
Akumulatory potasowo-powietrzneEdit
Kumulatory potasowo-powietrzne zostały również zaproponowane z nadzieją na przezwyciężenie niestabilności baterii związanej z nadtlenkiem w bateriach litowo-powietrznych. Chociaż tylko dwa do trzech cykli ładowania-rozładowania zostały osiągnięte z bateriami potasowo-powietrznymi, oferują one wyjątkowo niską różnicę potencjałów, wynoszącą tylko 50 mV.
Cynk-powietrzeEdit
Baterie cynkowo-powietrzne są stosowane w aparatach słuchowych i kamerach filmowych.
Magnesium-airEdit
Calcium-airEdit
Brak artykułu; patrz także Wapń: właściwości chemiczne dla niektórych reakcji z powietrzem (tlenem).
Aluminum-airEdit
Iron-airEdit
Akumulatory żelazowo-powietrzne są atrakcyjną technologią o potencjale magazynowania energii na skalę sieciową. Głównym surowcem w tej technologii jest tlenek żelaza (rdza), który jest obfity, nietoksyczny, niedrogi i przyjazny dla środowiska. Większość opracowywanych obecnie akumulatorów wykorzystuje tlenek żelaza (głównie w postaci proszku) do generowania/przechowywania wodoru poprzez reakcję redukcji/utleniania (redoks) Fe/FeO (Fe + H2O ⇌ FeO + H2). W połączeniu z ogniwem paliwowym pozwala to systemowi zachowywać się jak akumulator wytwarzający H2O/H2 poprzez produkcję/zużycie energii elektrycznej. Ponadto technologia ta ma minimalny wpływ na środowisko, ponieważ może być stosowana do przechowywania energii z nieciągłych źródeł słonecznych i wiatrowych, tworząc system energetyczny o niskiej emisji dwutlenku węgla.
Sposób działania systemu można rozpocząć od wykorzystania reakcji redoks Fe/FeO, następnie wodór powstały podczas utleniania żelaza może być zużywany przez ogniwo paliwowe w połączeniu z tlenem z powietrza w celu wytworzenia energii elektrycznej. Gdy konieczne jest magazynowanie energii elektrycznej, wodór wytworzony z wody w wyniku odwrotnego działania ogniwa paliwowego jest zużywany podczas redukcji tlenku żelaza do żelaza metalicznego. Połączenie obu tych cykli sprawia, że system działa jak akumulator żelazowo-powietrzny.
Ograniczenia tej technologii wynikają z zastosowanych materiałów. Ogólnie rzecz biorąc, wybierane są sproszkowane złoża tlenku żelaza, jednak szybkie spiekanie i pulweryzacja proszków ograniczają możliwość osiągnięcia dużej liczby cykli, co skutkuje mniejszą pojemnością. Inne metody będące obecnie przedmiotem badań, takie jak drukowanie 3D i liofilizowanie, dążą do umożliwienia tworzenia materiałów o architekturze pozwalającej na uzyskanie dużej powierzchni i zmiany objętości podczas reakcji redoks.