Célula eletroquímica metal-ar

Lithium-airEdit

A densidade de energia notavelmente elevada do lítio-metal (até 3458 Wh/kg) inspirou o design das baterias de lítio-ar. Uma bateria de lítio-ar consiste num eléctrodo de lítio sólido, um electrólito à volta deste eléctrodo e um eléctrodo de ar ambiente contendo oxigénio. As baterias de lítio-ar actuais podem ser divididas em quatro subcategorias com base no electrólito utilizado e na subsequente arquitectura electroquímica da célula. Estas categorias de electrólitos são aprox., aquosas, aquosas mistas/apropriadas e de estado sólido, todas elas com vantagens e desvantagens distintas. No entanto, a eficiência das baterias de lítio-ar ainda é limitada por uma descarga incompleta no cátodo, carga sobrepotencial superior à descarga sobrepotencial, e estabilidade dos componentes. Durante a descarga das baterias de lítio-ar, o íon superóxido (O2-) formado reagirá com o eletrólito ou outros componentes da célula e evitará que a bateria seja recarregável.

Sodium-airEdit

Sodium-air batteries were proposed with the hopes of overcome the battery instability associated with superoxide in lithium-air batteries. O sódio, com uma densidade de energia de 1605 Wh/kg, não apresenta uma densidade de energia tão elevada como o lítio. No entanto, pode formar um superóxido estável (NaO2), ao contrário do superóxido que sofre reacções secundárias prejudiciais. Uma vez que o NaO2 se decomporá de forma reversível até certo ponto até aos componentes elementares, isto significa que as baterias de ar de sódio têm alguma capacidade intrínseca para serem recarregáveis. As baterias de ar sódico só podem funcionar com electrólitos anidros e aprox. Quando um eletrólito DMSO foi estabilizado com trifluorometanossulfonimida de sódio, a maior estabilidade cíclica de uma bateria de ar-sódico foi obtida (150 ciclos).

Potassium-airEdit

As baterias de ar potássico também foram propostas com a esperança de superar a instabilidade da bateria associada ao superóxido nas baterias de lítio-ar. Embora apenas dois a três ciclos de carga-descarga tenham sido alcançados com baterias de potássio-ar, elas oferecem uma diferença sobrepotencial excepcionalmente baixa de apenas 50 mV.

Zinc-airEdit

As baterias de zinco-ar são utilizadas para aparelhos auditivos e câmaras de filmar.

Magnésio-arEdit

Calcium-airEdit

Nenhum artigo; ver também Calcium: propriedades químicas para algumas reacções do ar (oxigénio).

Aluminum-airEdit

Iron-airEdit

As baterias recarregáveis a ar-íon são uma tecnologia atractiva com o potencial de armazenamento de energia à escala da rede. A principal matéria-prima desta tecnologia é o óxido de ferro (ferrugem), que é abundante, não tóxico, barato e amigo do ambiente. A maioria das baterias que estão a ser desenvolvidas neste momento utilizam óxido de ferro (na sua maioria pós) para gerar/ armazenar hidrogénio através da reacção de redução/oxidação Fe/FeO (redox) (Fe + H2O ⇌ FeO + H2). Em conjunto com uma célula de combustível, isto permite que o sistema se comporte como uma bateria recarregável criando H2O/H2 através da produção/consumo de electricidade. Além disso, esta tecnologia tem um impacto ambiental mínimo, pois pode ser utilizada para armazenar energia de fontes solares e eólicas intermitentes, desenvolvendo um sistema energético com baixas emissões de dióxido de carbono.

A forma como o sistema funciona pode começar por utilizar a reacção redox Fe/FeO, depois o hidrogénio criado durante a oxidação do ferro pode ser consumido por uma célula de combustível em conjunto com o oxigénio do ar para criar electricidade. Quando é necessário armazenar electricidade, o hidrogénio gerado a partir da água, operando a célula de combustível ao contrário, é consumido durante a redução do óxido de ferro em ferro metálico. A combinação destes dois ciclos é o que faz o sistema funcionar como uma bateria ferro-ar recarregável.

Limitações desta tecnologia provêm dos materiais utilizados. Geralmente, os leitos de pó de óxido de ferro são selecionados, porém, a rápida sinterização e pulverização dos pós limita a capacidade de alcançar um número elevado de ciclos resultando em uma capacidade menor. Outros métodos actualmente em investigação, como a impressão 3D e a liofilização, procuram permitir a criação de materiais de arquitectura para permitir grandes alterações de superfície e volume durante a reacção redox.

Silicon-airEdit