Литиумско-воздушна батерија

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето

Литиумско-воздушната батерија (Li-воздушна) е електрохемиска ќелија или батерија заснована на реакција меѓу метал и воздух. Принципот се основа на оксидација на литиум на анодата и редукција на кислород на катодата за да се поттикне проток на струја.[1]

Спојувањето на литиум и кислород од атмосферата може да доведе до електрохемиски ќелии со теоретски највисока специфична енергија. Оваа величина за Li-воздушна батерија е ~ 40,1 MJ/kg, не сметајќи ја масата на кислородот. Оваа вредност важи за ќелии каде електролитот е на неводна база, батеријата е наполнета и производот е Li2O2. Ова е споредливо со теоретската специфична енергија на бензинот, ~ 46,8 MJ/kg. Во пракса, демонстрирани се Li-воздушни батерии со специфична енергија од ~ 6,12 MJ/kg на ниво на цела ќелија. Дури и оваа вредност е околу пет пати поголема од таа на комерцијалната литиумско-јонска батерија и е доволна за електрично возило од 2000 kg да вози 500 km на едно полнење користејќи 60 kg батерии. Но, протребни се значителни подобрувања на практичната моќ и на животниот циклус на Li-воздушните батерии пред тие да го најдат своето место на пазарот.

За комерцијална имплементација потребен е значителен напредок околу електролитите.[2] Четири пристапи активно се истражуваат денеска: суви,[3][4][5] влажни,[6] во цврста состојба [7] и мешани влажно-суви.[8]

Батериите засновани на реакција меѓу метал и воздух, посебно цинк-воздушната батерија, привлекоа внимание поради потенцијално високата енергетска густина. Теоретската специфична енергетска густина за батерии засновани на овој принцип се многу повисоки отколку за батериите засновани на јонски методи. Литиумско-воздушните батерии може теоретски да постигнат 3840 mA·h/g.[9]

Главен двигател на пазарот за батерии е автомобилскиот сектор. Енергетската густина на бензинот е околу 13 kW·h/kg, што соодетствува на 1,7 kW·h/kg енергија обезбедена на тркалата по пресметани загуби. Теоретски, литиумско-воздушните батерии може да достигнат 12 kW·h/kg (43,2 МЈ/kg), не сметајќи ја кислородната маса. Земајќи ја предвид тежината на целосната батерија (обвивка, воздушни канали, литиумска подлога) енергетската густина е значително помала, иако самиот литиум е многу лесен метал.[10]

Литиумско-воздушната батерија потенцијално има 5-15 пати поголема специфична енергија од литиумско-јонската батерија според податоци од 2016 година.[11]

References[уреди | уреди извор]

  1. Badwal, Sukhvinder P. S.; Giddey, Sarbjit S.; Munnings, Christopher; Bhatt, Anand I.; Hollenkamp, Anthony F. (24 September 2014). „Emerging electrochemical energy conversion and storage technologies“. Frontiers in Chemistry. 2: 79. doi:10.3389/fchem.2014.00079. PMC 4174133. PMID 25309898.
  2. Christensen, J.; Albertus, P.; Sanchez-Carrera, R. S.; Lohmann, T.; Kozinsky, B.; Liedtke, R.; Ahmed, J.; Kojic, A. (2012). „A Critical Review of Li–Air Batteries“. Journal of the Electrochemical Society. 159 (2): R1. doi:10.1149/2.086202jes.
  3. Younesi, Reza; Veith, Gabriel M.; Johansson, Patrik; Edström, Kristina; Vegge, Tejs (2015). „Lithium salts for advanced lithium batteries: Li–metal, Li–O 2, and Li–S“. Energy Environ. Sci. (англиски). 8 (7): 1905–1922. doi:10.1039/c5ee01215e.
  4. Ogasawara, T.; Débart, A. L.; Holzapfel, M.; Novák, P.; Bruce, P. G. (2006). „Rechargeable Li2O2Electrode for Lithium Batteries“. Journal of the American Chemical Society. 128 (4): 1390–1393. doi:10.1021/ja056811q. PMID 16433559.
  5. Debart, A; Bao, J; и др. (2008). „α-MnO2 Nanowires: A Catalyst for theO2 Electrode in Rechargeable Lithium Batteries“. Angew. Chem. 47 (24): 4521–4524. doi:10.1002/anie.200705648.
  6. He, P.; Wang, Y.; Zhou, H. (2010). „A Li-air fuel cell with recycle aqueous electrolyte for improved stability“. Electrochemistry Communications. 12 (12): 1686–1689. doi:10.1016/j.elecom.2010.09.025.
  7. Kumar, B.; Kumar, J.; Leese, R.; Fellner, J. P.; Rodrigues, S. J.; Abraham, K. M. (2010). „A Solid-State, Rechargeable, Long Cycle Life Lithium–Air Battery“. Journal of the Electrochemical Society. 157: A50. doi:10.1149/1.3256129.
  8. Wang, Yonggang (2010). „A lithium-air battery with a potential to continuously reduce O2 from air for delivering energy“. Journal of Power Sources. 195 (1): 358–361. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.06.109.
  9. Kumar, B.; Kumar, J. (2010). „Cathodes for Solid-State Lithium–Oxygen Cells: Roles of Nasicon Glass-Ceramics“. Journal of the Electrochemical Society. 157 (5): A611. doi:10.1149/1.3356988.
  10. Girishkumar, G.; McCloskey, B.; Luntz, A. C.; Swanson, S.; Wilcke, W. (2010). „Lithium−Air Battery: Promise and Challenges“. The Journal of Physical Chemistry Letters. 1 (14): 2193–2203. doi:10.1021/jz1005384.
  11. Ed. Jurgen O. Besenhard, Handbook of Battery Materials, New Your, Wiley-VCH, 1999, ISBN 3-527-29469-4.