Hliníková baterie - Aluminium–air battery

Dobíjecí baterie viz hliníkově-iontová baterie.
Hliníková baterie
Specifická energie1300 (praktické), 6000/8000 (teoretické) W · h /kg[1]
Hustota energieN / A
Měrný výkon200 Ž /kg
Jmenovité napětí článku1.2 PROTI

Hliníkově-vzduchové baterie (Al-vzduchové baterie) vyrábějí elektřinu z reakce kyslík v vzduch s hliník. Mají jednu z nejvyšších hustoty energie všech baterií, ale nejsou široce používány kvůli problémům s vysokými náklady na anodu a odstraňováním vedlejších produktů při použití tradičních elektrolytů. To omezilo jejich použití hlavně na vojenské aplikace. Elektrické vozidlo s hliníkovými bateriemi má však potenciál až osminásobku dojezdu a lithium-iontová baterie s výrazně nižší celkovou hmotností.[1]

Hliníkově-vzduchové baterie jsou primární buňky nedobíjecí. Jakmile je hliníková anoda spotřebována jeho reakcí s atmosférickým kyslíkem na katodě ponořené do elektrolytu na bázi vody za vzniku hydratovaného oxid hlinitý, baterie již nebude vyrábět elektřinu. Je však možné baterii mechanicky dobít novými hliníkovými anodami vyrobenými z recyklace hydratovaného oxidu hlinitého. Taková recyklace by byla zásadní, pokud by se široce používaly baterie typu vzduch-vzduch.

O vozidlech na hliníkový pohon se diskutuje již několik desetiletí.[2] Hybridizace snižuje náklady a v roce 1989 byly provedeny silniční testy hybridizovaného hliníku se vzduchem /olověný akumulátor v elektrickém vozidle.[3] V Ontariu byl v roce 1990 předveden hybridní minivan s pohonem na hliník.[4]

V březnu 2013 Phinergy[5] zveřejnil video ukázku elektrického automobilu využívajícího články hliník-vzduch najeto 330 km pomocí speciální katody a hydroxidu draselného.[6] 27. května 2013 večerní zpravodajství izraelského kanálu 10 ukázalo auto s baterií Phinergy vzadu, které požadovalo dojezd 2 000 kilometrů, než je nutná výměna hliníkových anod.[7]

Elektrochemie

The anoda oxidace poloviční reakce je Al + 3OH−
 → Al (OH)
3 + 3e− -2,31 V.

The katoda redukční polo reakce je Ó
2 + 2H
2Ó + 4e− → 4OH−
 +0,40 V.

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

Asi 1,2 voltu potenciální rozdíl je vytvořen těmito reakcemi a je dosažitelný v praxi, když hydroxid draselný se používá jako elektrolyt. Elektrolyt slané vody dosahuje přibližně 0,7 voltů na článek.

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

Komercializace

Problémy

Hliník jako „palivo“ pro vozidla studovali Yang a Knickle.[1] V roce 2002 dospěli k závěru:

Al / vzduchový bateriový systém může generovat dostatek energie a energie pro dojezdy a zrychlení podobně jako u benzínových automobilů ... náklady na hliník jako anodu mohou být až 1,1 USD / kg, pokud se reakční produkt recykluje . Celková účinnost paliva během procesu cyklu v elektrických vozidlech Al / Air (EV) může být 15% (současná fáze) nebo 20% (předpokládaná), srovnatelná s účinností u vozidel s vnitřním spalováním (ICE) (13%). Konstrukční hustota energie baterie je 1300 Wh / kg (přítomna) nebo 2 000 Wh / kg (předpokládaná). Cena bateriového systému zvoleného k vyhodnocení je 30 USD / kW (současná hodnota) nebo 29 USD / kW (předpokládaná hodnota). Byla provedena analýza životního cyklu Al / vzduch EV a byla porovnána s EV olovem / kyselinou a hydridem niklu a kovu (NiMH). Lze předpokládat, že pouze Al / air EV budou mít dojezd srovnatelný s ICE. Z této analýzy jsou Al / air EV nejslibnějšími kandidáty ve srovnání s ICE, pokud jde o dojezd, kupní cenu, náklady na palivo a náklady na životní cyklus.

Je třeba vyřešit technické problémy, aby byly baterie Al-air 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, tvoří na anodě gelovitou látku a snižuje výdej elektřiny. To je problém, kterému se věnují vývojové práce na buňkách Al-vzduch. Byly například vyvinuty přísady, které tvoří oxid hlinitý spíše než prášek než gel.

Moderní vzduchové katody sestávají z reaktivní vrstvy uhlík s nikl -síťový sběrač proudu, 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 baterie Al-air měly omezenou trvanlivost[8] protože hliník reagoval s elektrolytem a produkoval vodík, když se baterie nepoužívala - i když u moderních designů to již neplatí. Tomuto problému lze zabránit uložením elektrolytu v nádrži mimo baterii a jejím přenesením do baterie, pokud je to nutné pro použití.

Tyto baterie lze použít například jako rezervní baterie v telefonní ústředny a jako záložní napájení Zdroje.

Aluminium-air baterie se mohou stát účinným řešením pro námořní aplikace pro jejich vysokou hustotu energie, nízké náklady a množství hliníku, bez emisí v místě použití (čluny a lodě).Phinergy Marine,[9] RiAlAiR[10] a několik dalších komerčních společností pracuje na komerčních a vojenských aplikacích v mořském prostředí.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Yang, S. (2002). „Návrh a analýza systému akumulátoru hliník / vzduch pro elektrická vozidla“. Journal of Power Sources. 112: 162–201. Bibcode:2002JPS ... 112..162Y. doi:10.1016 / S0378-7753 (02) 00370-1.
  2. ^ „Aluminium-Air Battery“. Papers.sae.org. Citováno 2014-04-28.
  3. ^ „Demonstrace palivových článků hliník-vzduch v silničním vozidle“. Papers.sae.org. Citováno 2014-04-28.
  4. ^ Plug-in dálnice Archivováno 2013-10-29 na Wayback Machine.
  5. ^ „Phinergy, Home“. Phinergy.com. Citováno 2014-04-29.
  6. ^ Firemní video společnosti Phinergy na Youtube
  7. ^ Edelstein, Stephen. „Vývojář baterií Al-Air Phinergy spolupracuje se společností Alcoa“. Greencarreports.com. Citováno 2014-04-28.
  8. ^ Hliníkové / vzduchové baterie Archivováno 3. Ledna 2007 na Wayback Machine
  9. ^ „Phinergy Marine, Home“. Phinergy.com. Citováno 2020-04-24.
  10. ^ „RiAlAiR, Home“. rialair.com. Citováno 2020-04-24.

externí odkazy