Hliníkovo -vzduchová baterie - Aluminium–air battery

Informace o dobíjecích bateriích naleznete v části hliníko-iontová baterie .
Baterie z hliníku a vzduchu
Specifická energie 1300 (praktické), 6000/8000 (teoretické) Š · h /kg
Hustota energie N/A
Specifický výkon 200 W /kg
Jmenovité napětí článku 1,2 V

Aluminium -air baterie (Al -air baterie) vyrábějí elektřinu reakcí kyslíku ve vzduchu s hliníkem . Mají jednu z nejvyšších hustot energie ze všech baterií, ale nejsou široce používány kvůli problémům s vysokými náklady na anody a odstraňováním vedlejších produktů při použití tradičních elektrolytů. To omezilo jejich použití hlavně na vojenské aplikace. Nicméně, elektrické vozidlo s hliníkovými bateriemi má potenciál pro až osminásobek dosahu lithium-iontová baterie s podstatně nižší celkové hmotnosti.

Baterie typu hliník – vzduch jsou primární články , tj. Nenabíjecí. Jakmile je hliníková anoda spotřebována reakcí s atmosférickým kyslíkem na katodě ponořené do elektrolytu na vodní bázi za vzniku hydratovaného oxidu hlinitého , baterie již nebude vyrábět elektřinu. Je však možné baterii mechanicky dobít novými hliníkovými anodami vyrobenými z recyklace hydratovaného oxidu hlinitého. Taková recyklace by byla nezbytná, pokud by byly široce přijaty baterie typu vzduch -vzduch.

O vozidlech poháněných hliníkem se diskutuje již několik desetiletí. Hybridizace snižuje náklady a v roce 1989 byly hlášeny silniční testy hybridní baterie typu hliník - vzduch/ olovo - kyselina v elektrickém vozidle. V Ontariu byl v roce 1990 představen hybridní minivan poháněný hliníkovým pohonem.

V březnu 2013 zveřejnila společnost Phinergy videoukázku elektromobilu využívajícího články vzduch -hliník najetých 330 km pomocí speciální katody a hydroxidu draselného. 27. května 2013, izraelský večerní zpravodajský kanál 10 ukázal auto s baterií Phinergy vzadu, prohlašující dojezd 2 000 kilometrů (1 200 mi), než je nutná výměna hliníkových anod.

Elektrochemie

Anoda oxidační polovina-reakce je AI + 3OH-
→ Al (OH)
3+ 3e - -2,31 V.

Katoda snížení polovina-reakce je O
2+ 2H
2O + 4e - → 4OH-
 +0,40 V.

Celková reakce je 4 Al + 30
2+ 6H
2O → 4Al (OH)
3 +2,71 V.

Těmito reakcemi je vytvořen asi 1,5voltový rozdíl potenciálu, který je v praxi dosažitelný, když je jako elektrolyt použit hydroxid draselný . Elektrolyt slané vody dosahuje přibližně 0,7 voltu na článek.

Specifické napětí článku se může lišit v závislosti na složení elektrolytu, jakož i na struktuře a materiálech katody.

Podobným způsobem lze použít i jiné kovy, například lithium-vzduch , zinek-vzduch , mangan-vzduch a sodík-vzduch, některé s vyšší energetickou hustotou. Hliník je však atraktivní jako nejstabilnější kov.

Komercializace

Problémy

Hliník jako „palivo“ pro vozidla studovali Yang a Knickle. V roce 2002 dospěli k závěru:

Systém baterií Al/vzduch může generovat dostatek energie a energie pro jízdní rozsahy a zrychlení podobné jako u vozidel poháněných benzínem ... náklady na hliník jako anodu mohou být tak nízké, až 1,1 USD/kg, pokud je reakční produkt recyklován . Celková účinnost paliva v průběhu cyklu v elektrických vozidlech Al/vzduch (EV) může být 15% (současná fáze) nebo 20% (projektovaná), srovnatelná s účinností vozidel se spalovacím motorem (ICE) (13%). Konstrukční hustota energie baterie je 1300 Wh/kg (přítomná) nebo 2000 Wh/kg (projektovaná). Cena bateriového systému zvoleného k vyhodnocení je 30 USD/kW (současnost) nebo 29 USD/kW (předpokládaná). Byla provedena analýza životního cyklu Al/vzduch EV a porovnána s EV s olovem/kyselinou a niklmetalhydridem (NiMH). Pouze u elektromobilů Al/air lze předpokládat, že budou mít dojezd srovnatelný s ICE. Z této analýzy jsou elektromobily Al/air nejslibnějšími kandidáty ve srovnání s ICE, pokud jde o dojezd, nákupní cenu, náklady na palivo a náklady na životní cyklus.

Zbývá vyřešit technické problémy, aby byly Al – air baterie vhodné pro elektrická vozidla. Anody vyrobené z čistého hliníku jsou korodovány elektrolytem, ​​takže hliník je obvykle legován cínem nebo jinými prvky. Hydratovaný oxid hlinitý, který vzniká buněčnou reakcí, vytváří na anodě gelovitou látku a snižuje výkon elektřiny. Toto je problém, který je řešen ve vývojových pracích na Al – air článcích. Například byla vyvinuta aditiva, která tvoří oxid hlinitý spíše jako prášek než jako gel.

Moderní vzduchu katody sestávají z reaktivní vrstvy uhlíku s niklem -grid proudový kolektor, katalyzátor (např, kobalt ), a porézní hydrofobní PTFE film, který zabraňuje úniku elektrolytu. Kyslík ve vzduchu prochází PTFE a poté reaguje s vodou za vzniku hydroxidových iontů. Tyto katody fungují dobře, ale mohou být drahé.

Tradiční Al – air baterie měly omezenou trvanlivost, protože hliník reagoval s elektrolytem a produkoval vodík, když se baterie nepoužívala - i když to již u moderních designů neplatí. Tomuto problému se lze vyhnout tak, že uložíte elektrolyt do nádrže mimo baterii a v případě potřeby ji přenesete do baterie.

Tyto baterie lze použít například jako rezervní baterie v telefonních ústřednách a jako záložní zdroje energie.

Baterie typu hliník – vzduch se mohou stát efektivním řešením pro námořní aplikace pro svoji vysokou energetickou hustotu, nízké náklady a množství hliníku bez emisí v místě použití (čluny a lodě). Phinergy Marine , RiAlAiR a několik dalších komerčních společností pracuje na komerčních a vojenských aplikacích v mořském prostředí.

Výzkum a vývoj probíhá na alternativních bezpečnějších a výkonnějších elektrolytech, jako jsou organická rozpouštědla a iontové kapaliny.

Viz také

Reference

externí odkazy