Pila electrochimică metal-aer

Litiu-aerEdit

Densitatea energetică remarcabil de mare a litiului metalic (până la 3458 Wh/kg) a inspirat proiectarea bateriilor litiu-aer. O baterie litiu-aer este alcătuită dintr-un electrod solid de litiu, un electrolit care înconjoară acest electrod și un electrod de aer ambiant care conține oxigen. Bateriile actuale litiu-aer pot fi împărțite în patru subcategorii pe baza electrolitului utilizat și a arhitecturii ulterioare a celulei electrochimice. Aceste categorii de electroliți sunt: aprotic, apos, mixt apos/aprotic și solid, toate acestea oferind avantaje și dezavantaje distincte. Cu toate acestea, eficiența bateriilor litiu-aer este încă limitată de descărcarea incompletă la catod, de suprapotențialul de încărcare care depășește suprapotențialul de descărcare și de stabilitatea componentelor. În timpul descărcării bateriilor litiu-aer, ionul superoxid (O2-) format va reacționa cu electrolitul sau cu alte componente ale celulei și va împiedica bateria să fie reîncărcabilă.

Baterii sodiu-aerEdit

Baterii sodiu-aer au fost propuse cu speranța de a depăși instabilitatea bateriei asociată cu superoxidul în bateriile litiu-aer. Sodiul, cu o densitate energetică de 1605 Wh/kg, nu se poate lăuda cu o densitate energetică la fel de mare ca și cea a litiului. Cu toate acestea, el poate forma un superoxid stabil (NaO2), spre deosebire de superoxidul care suferă reacții secundare dăunătoare. Având în vedere că NaO2 se va descompune într-o anumită măsură în mod reversibil înapoi la componentele elementare, aceasta înseamnă că bateriile sodiu-aer au o anumită capacitate intrinsecă de a fi reîncărcabile. Bateriile sodiu-aer pot funcționa numai cu electroliți aprotici, anhidri. Atunci când un electrolit DMSO a fost stabilizat cu trifluorometilsulfonimidă de sodiu, s-a obținut cea mai mare stabilitate la cicluri a unei baterii sodiu-aer (150 de cicluri).

Potasiu-aerEdit

Baterii potasiu-aer au fost, de asemenea, propuse în speranța de a depăși instabilitatea bateriei asociată cu superoxidul din bateriile litiu-aer. Deși au fost realizate doar două-trei cicluri de încărcare-descărcare cu bateriile potasiu-aer, acestea oferă o diferență de suprapotențial excepțional de mică, de numai 50 mV.

Zinc-aerEdit

Baterii zinc-aer sunt folosite pentru aparate auditive și camere de filmat.

Magnesiu-aerEdit

Pila de combustie magneziu-aer

Nu există articol; vezi și Calciu: proprietăți chimice pentru unele reacții cu aer (oxigen).

Aluminiu-aerEdit

Fier-aerEdit

Baterii reîncărcabile fier-aer sunt o tehnologie atractivă cu potențial de stocare a energiei la scară de rețea. Principala materie primă a acestei tehnologii este oxidul de fier (rugina), care este abundent, netoxic, ieftin și ecologic. Majoritatea bateriilor dezvoltate în prezent utilizează oxidul de fier (în principal pulberi) pentru a genera/stoca hidrogen prin reacția de reducere/oxidare (redox) Fe/FeO (Fe + H2O ⇌ FeO + H2). Împreună cu o celulă de combustie, acest lucru permite sistemului să se comporte ca o baterie reîncărcabilă, creând H2O/H2 prin producerea/consumarea de energie electrică. În plus, această tehnologie are un impact minim asupra mediului, deoarece ar putea fi utilizată pentru a stoca energie din sursele intermitente de energie solară și eoliană, dezvoltând un sistem energetic cu emisii reduse de dioxid de carbon.

Modul în care funcționează sistemul poate începe prin utilizarea reacției redox Fe/FeO, apoi hidrogenul creat în timpul oxidării fierului poate fi consumat de o celulă de combustibil împreună cu oxigenul din aer pentru a crea electricitate. Atunci când electricitatea trebuie stocată, hidrogenul generat din apă prin funcționarea în sens invers a pilei de combustie este consumat în timpul reducerii oxidului de fier în fier metalic. Combinația acestor două cicluri este ceea ce face ca sistemul să funcționeze ca o baterie reîncărcabilă fier-aer.

Limitările acestei tehnologii provin din materialele utilizate. În general, sunt alese paturi de pulberi de oxid de fier, însă sinterizarea și pulverizarea rapidă a pulberilor limitează capacitatea de a obține un număr mare de cicluri, ceea ce duce la o capacitate mai mică. Alte metode aflate în prezent în curs de investigare, cum ar fi imprimarea 3D și turnarea prin congelare, urmăresc să permită crearea de materiale arhitecturale care să permită modificări mari de suprafață și de volum în timpul reacției redox.

Siliciu-aerEdit

.