Una celda electroquímica de metal-aire es una celda electroquímica que utiliza un ánodo hecho de metal puro y un cátodo externo de aire ambiental, generalmente con un electrolito acuoso o aprótico . [1] [2]
Durante la descarga de una celda electroquímica de metal-aire, se produce una reacción de reducción en el cátodo de aire ambiental mientras que el ánodo de metal se oxida .
La capacidad específica y la densidad de energía de las celdas electroquímicas de metal-aire es más alta que la de las baterías de iones de litio , lo que las convierte en un candidato principal para su uso en vehículos eléctricos . Sin embargo, aunque existen algunas aplicaciones comerciales, las complicaciones asociadas con los ánodos metálicos, los catalizadores y los electrolitos han obstaculizado el desarrollo y la implementación de las baterías de metal-aire. [3] [4]
La densidad de energía notablemente alta del metal de litio (hasta 3458 Wh / kg) inspiró el diseño de las baterías de litio-aire. Una batería de litio-aire consta de un electrodo de litio sólido, un electrolito que rodea este electrodo y un electrodo de aire ambiental que contiene oxígeno. Las baterías de litio-aire actuales se pueden dividir en cuatro subcategorías según el electrolito utilizado y la posterior arquitectura de la celda electroquímica. Estas categorías de electrolitos son aprótico, acuoso , mixto acuoso / aprótico y de estado sólido, todos los cuales ofrecen sus propias ventajas y desventajas. [5] No obstante, la eficiencia de las baterías de litio-aire todavía está limitada por una descarga incompleta en el cátodo, la carga sobrepasa el potencial de descarga.sobrepotencial y estabilidad de los componentes. [6] Durante la descarga de las baterías de litio-aire, el ion superóxido (O 2 - ) formado reaccionará con el electrolito u otros componentes de la celda y evitará que la batería se recargue. [7]
Las baterías de sodio-aire se propusieron con la esperanza de superar la inestabilidad de la batería asociada con el superóxido en las baterías de litio-aire. El sodio , con una densidad energética de 1605 Wh / kg, no tiene una densidad energética tan alta como el litio. Sin embargo, puede formar un superóxido estable (NaO 2 ) en oposición al superóxido que sufre reacciones secundarias perjudiciales. Dado que el NaO 2 se descompondrá de manera reversible en cierta medida en los componentes elementales, esto significa que las baterías de sodio-aire tienen cierta capacidad intrínseca para ser recargables. [8] Las baterías de sodio-aire solo pueden funcionar con electrolitos apróticos y anhidros. Cuando un DMSOEl electrolito se estabilizó con trifluorometanosulfonimida de sodio, se obtuvo la mayor estabilidad cíclica de una batería de sodio-aire (150 ciclos). [9]
También se propusieron baterías de potasio-aire con la esperanza de superar la inestabilidad de la batería asociada con el superóxido en las baterías de litio-aire. Si bien solo se han logrado dos o tres ciclos de carga-descarga con las baterías de potasio-aire, ofrecen una diferencia de sobrepotencial excepcionalmente baja de solo 50 mV. [10]