Bateria de alumínio-ar - Aluminium–air battery

Para a bateria recarregável, consulte bateria de íon de alumínio .
Bateria de alumínio-ar
Energia especifica 1300 (prático), 6000/8000 (teórico) W · h / kg
Densidade de energia N / D
Poder específico 200 W / kg
Tensão nominal da célula 1,2 V

As baterias de alumínio-ar ( baterias de Al-ar) produzem eletricidade a partir da reação do oxigênio do ar com o alumínio . Eles têm uma das densidades de energia mais altas de todas as baterias, mas não são amplamente usados ​​devido a problemas com alto custo do ânodo e remoção de subprodutos ao usar eletrólitos tradicionais. Isso restringiu seu uso principalmente a aplicações militares. No entanto, um veículo elétrico com baterias de alumínio tem o potencial de até oito vezes o alcance de uma bateria de íon de lítio com um peso total significativamente menor.

As baterias de alumínio-ar são células primárias , ou seja, não recarregáveis. Uma vez que o ânodo de alumínio é consumido por sua reação com o oxigênio atmosférico em um cátodo imerso em um eletrólito à base de água para formar óxido de alumínio hidratado , a bateria não produzirá mais eletricidade. No entanto, é possível recarregar mecanicamente a bateria com novos ânodos de alumínio feitos a partir da reciclagem do óxido de alumínio hidratado. Essa reciclagem seria essencial se as baterias de alumínio-ar fossem amplamente adotadas.

Veículos movidos a alumínio têm sido discutidos por algumas décadas. A hibridação reduz os custos e, em 1989 , foram relatados testes de estrada de uma bateria hibridizada de alumínio-ar / chumbo-ácido em um veículo elétrico. Uma minivan híbrida plug-in movida a alumínio foi demonstrada em Ontário em 1990.

Em março de 2013, Phinergy lançou um vídeo de demonstração de um carro elétrico usando células de alumínio-ar dirigido 330 km usando um cátodo especial e hidróxido de potássio. Em 27 de maio de 2013, o noticiário noturno do canal israelense 10 mostrou um carro com bateria Phinergy na parte traseira, alcançando 2.000 quilômetros (1.200 mi) antes que a substituição dos ânodos de alumínio seja necessária.

Eletroquímica

A meia-reação de oxidação do ânodo é Al + 3OH-
→ Al (OH)
3+ 3e - -2,31 V.

A meia-reação de redução do cátodo é O
2+ 2H
2O + 4e - → 4OH-
 +0,40 V.

A reação total é 4Al + 3O
2+ 6H
2O → 4Al (OH)
3 +2.71 V.

Uma diferença de potencial de cerca de 1,2 volts é criada por essas reações e é alcançável na prática quando o hidróxido de potássio é usado como eletrólito. O eletrólito de água salgada atinge aproximadamente 0,7 volts por célula.

A voltagem específica da célula pode variar dependendo da composição do eletrólito, bem como da estrutura e materiais do cátodo.

Outros metais podem ser usados ​​de maneira semelhante, como lítio-ar , zinco-ar , manganês-ar e sódio-ar, alguns com densidade de energia mais alta. No entanto, o alumínio é atraente como o metal mais estável.

Comercialização

Problemas

O alumínio como "combustível" para veículos foi estudado por Yang e Knickle. Em 2002, eles concluíram:

O sistema de bateria Al / air pode gerar energia e potência suficientes para percursos e aceleração semelhantes aos de carros movidos a gasolina ... o custo do alumínio como ânodo pode ser tão baixo quanto US $ 1,1 / kg, desde que o produto de reação seja reciclado . A eficiência total de combustível durante o processo de ciclo em veículos elétricos Al / air (EVs) pode ser 15% (estágio atual) ou 20% (projetado), comparável à dos veículos com motor de combustão interna (ICEs) (13%). A densidade de energia da bateria projetada é de 1300 Wh / kg (presente) ou 2000 Wh / kg (projetada). O custo do sistema de bateria escolhido para avaliar é de US $ 30 / kW (presente) ou US $ 29 / kW (projetado). A análise do ciclo de vida dos EVs Al / air foi conduzida e comparada aos EVs de chumbo / ácido e hidreto metálico de níquel (NiMH). Apenas os EVs Al / air podem ser projetados para ter um alcance de viagem comparável aos ICEs. A partir desta análise, os EVs Al / air são os candidatos mais promissores em comparação com os ICEs em termos de alcance de viagem, preço de compra, custo de combustível e custo de ciclo de vida.

Ainda há problemas técnicos a serem resolvidos para tornar as baterias de Al-air adequadas para veículos elétricos. Ânodos feitos de alumínio puro são corroídos pelo eletrólito, de modo que o alumínio é geralmente ligado a estanho ou outros elementos. A alumina hidratada que é criada pela reação celular forma uma substância gelatinosa no ânodo e reduz a produção de eletricidade. Esta é uma questão que está sendo abordada no trabalho de desenvolvimento em células de Al-air. Por exemplo, foram desenvolvidos aditivos que formam a alumina como um pó em vez de um gel.

Os cátodos de ar modernos consistem em uma camada reativa de carbono com um coletor de corrente de rede de níquel , um catalisador (por exemplo, cobalto ) e um filme de PTFE hidrofóbico poroso que evita o vazamento de eletrólito. O oxigênio do ar passa pelo PTFE e, em seguida, reage com a água para criar íons de hidróxido. Esses cátodos funcionam bem, mas podem ser caros.

As baterias tradicionais de Al-air tinham uma vida útil limitada porque o alumínio reagia com o eletrólito e produzia hidrogênio quando a bateria não estava em uso - embora este não seja mais o caso com os designs modernos. O problema pode ser evitado armazenando o eletrólito em um tanque fora da bateria e transferindo-o para a bateria quando for necessário para uso.

Essas baterias podem ser usadas, por exemplo, como baterias de reserva em centrais telefônicas e como fontes de alimentação de reserva .

As baterias de alumínio-ar podem se tornar uma solução eficaz para aplicações marítimas por sua alta densidade energética, baixo custo e abundância de alumínio, sem emissões no ponto de uso (barcos e navios). Phinergy Marine , RiAlAiR e várias outras empresas comerciais estão trabalhando em aplicações comerciais e militares no ambiente marinho.

A pesquisa e o desenvolvimento estão ocorrendo em eletrólitos alternativos mais seguros e de alto desempenho, como solventes orgânicos e líquidos iônicos.

Veja também

Referências

links externos