Czasopismo | PRZEMYSŁ CHEMICZNY | Rocznik 2016 - zeszyt 6

Oxygen selective membranes for Li-air batteries Membrany selektywne względem tlenu w bateriach litowo-powietrznych

10.15199/62.2016.6.9

nr katalogowy: 98952
10.15199/62.2016.6.9

A review, with 73 refs., of reactions occurring in the batteries, their construction, as well as electrolytes and membranes used. Przedstawiono obecny stan wiedzy na temat baterii litowo-powietrznych ze szczególnym uwzględnieniem membran selektywnie transportujących tlen. Akumulatory litowo-powietrzne są najbardziej obiecującymi źródłami produkcji i magazynowania energii wśród układów metaliczno- powietrznych. Ogniwa te wykazują wysoką teoretyczną gęstość energii równą 11 680 (W·h)/kg i porównywalną z teoretyczną gęstością energii dla benzyny (13 000 (W·h)/kg). Problemem pojawiającym się podczas stosowania baterii w praktyce jest obecność wilgoci w powietrzu. Anoda litowa bardzo łatwo reaguje z wilgocią, co prowadzi do jej korozji i zniszczenia ogniwa. Jedną z metod ochrony anody jest zastosowanie membran selektywnie transportujących tlen (OSM). Dokonano przeglądu dostępnej literatury na temat membran OSM. Opisano stosowane materiały do wytwarzania OSM, przedstawiono wyniki eksperymentów z tymi membranami w ogniwach litowo-powietrznych, a także wskazano problemy i wyzwania, na jakie należy zwrócić szczególną uwagę w tej dziedzinie. Obserwowane zmiany klimatyczne i wzrastające zapotrzebowanie na energię są ze sobą ściśle powiązane. Obecnie energię produ-kuje się głównie z paliw kopalnych. Przewiduje się, że światowy popyt na energię podwoi się do 2050 r. i potroi do końca bieżącego stulecia. Wraz z rosnącymi obawami dotyczącymi klimatu nastąpiło zwiększenie zainteresowania odnawialnymi źródłami energii, takimi jak energia wiatrowa lub słoneczna. Jednakże stosowanie tych technologii zależne jest od warunków atmosferycznych i położenia geograficznego2). W ciągu ostatnich dwóch dekad zainteresowania badaczy przesunęły się w kierunku elektrochemicznych technik magazynowania energii, do których zalicza się akumulatory litowo-jonowe oraz litowo-powietrzne3-5). Rozwój akumulatorów litowo-powietrznych (Li-air) może umo[...]

Bibliografia

[1] R. Padbury, X. Zhang, J. Power Sources 2011, 196, 4436.
[2] T. Ogasawara, A. Debart, M. Holzapfel, P. Novak, P.G. Bruce, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1390.
[3] M. Osińska-Broniarz, A. Martyła, B. Rydzyńska, M. Kopczyk, Chemik 2014, 68, 459.
[4] W. Yuping, Lithium-ion batteries, CRC Press, 2015.
[5] A. Chagnes, J. Światkowska, Lithium process chemistry. Resources, extraction, and recycling, Elsevier, Amsterdam 2015.
[6] Y. Sun, Nano Energy 2013, 2, 801.
[7] Y. Wang, H. Zhou, J. Power Sources 2010, 195, 358.
[8] S. Panchal, I. Dincer, M. Agelin-Chaab, R. Fraser, M. Fowler, Int. J. Therm. Sci. 2016, 99, 204.
[9] N. Imanishi, S. Hasegawa, T. Zhang, A. Hirano, Y. Takeda, O. Yamamoto, J. Power Sources 2008, 185, 1392.
[10] J. Chen, J.S. Hummelshøj, K.S. Thygesen, J.S.G. Myrdal, J.K. Nørskov, T. Vegge, Catal. Today 2011, 165, 2.
[11] I. Kowalczk, J. Read, M. Salomon, Pure Appl. Chem. 2007, 79, 851.
[12] K.M. Abraham, Z. Jiang, J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 1.
[13] J. Lu, K. Amine, Energies 2013, 6, 6016.
[14] F. Cheng, J. Chen, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 2172.
[15] V. Viswanathan, K.S. Thygesen, J.S. Hummelshøj, J.K. Nørskov, G. Girishkumar, B.D. McCloskey, A.C. Luntz, J. Chem. Phys. 2011, 135, 214704.
[16] P. Albertus, G. Girishkumar, B. McCloskey, R.S. Sánchez-Carrera, B. Kozinsky, J. Christensen, A.C. Luntz, J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A343.
[17] S. Meini, M. Piana, H. Beyer, J. Schwammlein, H.A. Gasteiger, J. Electroanal. Chem. 2012, 159, A2135.
[18] A.V. Sergeev, A.V. Chertovich, D.M. Itkis, E.A. Goodilin, A.R. Khokhlov, J. Power Sources 2015, 279, 707.
[19] G. Girishkumar, B. McCloskey, A.C. Luntz, S. Swanson, W. Wilcke, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2193.
[20] A. Kraytsberg, Y. Ein-Eli, J. Power Sources 2011, 196, 886.
[21] Y.-C. Lu, H.A. Gasteiger, M.C. Parent, V. Chiloyan, Y. Shao-Horn, Electrochem. Solid-State Lett. 2010, 13, A69.
[22] H. He, W. Niu, N.M. Asl, J. Salim, R. Chen, Y. Kim, Electrochim. Acta 2012, 67, 87.
[23] S.A. Freunberger, Y. Chen, N.E. Drewett, L.J. Hardwick, F. Bardé, P.G. Bruce, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8609.
[24] J. Xiao, J. Hu, D. Wang, D. Hu, W. Xu, G.L. Graff, Z. Nie, J. Liu, J.-G. Zhang, J. Power Sources 2011, 196, 5674.
[25] P. Tan, W. Shyy, T.S. Zhao, Z.H. Wei, L. An, J. Power Sources 2015, 278, 133.
[26] D. Linden, T. Reddy, Handbook of batteries, McGraw-Hill Education, 2001. 1140 95/6(2016)
[27] B.D. McCloskey, D.S. Bethune, R.M. Shelby, G. Girishkumar, A.C. Luntz, J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1161.
[28] N. Akhtar, W. Akhtar, Int. J. Energy Res. 2015, 39, 303.
[29] X.J. Chen, A. Shellikeri, Q. Wu, J.P. Zheng, M. Hendrickson, E.J. Plichta, J. Electrochem. Soc. 2013, 160.
[30] M. Mehta, V. Bevara, P. Andrei, J. Power Sources 2015, 286, 299.
[31] J.P. Zheng, P. Andrei, M. Hendrickson, E.J. Plichta, J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A43.
[32] L. Grande, E. Paillard, J. Hassoun, J.-B. Park, Y.-J. Lee, Y.-K. Sun, S. Passerini, B. Scrosati, Adv. Mater. 2015, 27, 784.
[33] D. Capsoni, M. Bini, S. Ferrari, E. Quartarone, P. Mustarelli, J. Power Sources 2012, 220, 253.
[34] S.J. Visco, B.D. Katz, Y.S. Nimon, L.C. De Jonghe, Google Patents, 2007.
[35] Y. Shao, F. Ding, J. Xiao, J. Zhang, W. Xu, S. Park, J.-G. Zhang, Y. Wang, J. Liu, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 987.
[36] H. Cheng, K. Scott, Appl. Catal., B 2011, 108-109, 140.
[37] P. Tan, W. Shyy, L. An, Z.H. Wei, T.S. Zhao, Electrochem. Comm. 2014, 46, 111.
[38] M.M. Ottakam Thotiyl, S.A. Freunberger, Z. Peng, P.G. Bruce, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 494.
[39] C.K. Park, S.B. Park, S.Y. Lee, H. Lee, H. Jang, W.I. Cho, Bull. Korean Chem. Soc. 2010, 31, 3221.
[40] Y. Li, Z. Huang, K. Huang, D. Carnahan, Y. Xing, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3339.
[41] H. Cheng, K. Scott, J. Power Sources 2010, 195, 1370.
[42] J. Xiao, D. Mei, X. Li, W. Xu, D. Wang, G.L. Graff, W.D. Bennett, Z. Nie, L.V. Saraf, I.A. Aksay, J. Liu, J.G. Zhang, Nano Lett. 2011, 11, 5071.
[43] R. Garcia-Valle, J.A. Peças Lopes, Electric vehicle integration into modern power networks, Springer, New York 2013.
[44] J.-S. Lee, S. Tai Kim, R. Cao, N.-S. Choi, M. Liu, K.T. Lee, J. Cho, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 34.
[45] X.-H. Yang, P. He, Y.-Y. Xia, Electrochem. Comm. 2009, 11, 1127.
[46] Y. Li, J. Wang, X. Li, J. Liu, D. Geng, J. Yang, R. Li, X. Sun, Electrochem. Commun. 2011, 13, 668.
[47] X. Lin, L. Zhou, T. Huang, A. Yu, Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 9550.
[48] B. Kumar, J. Kumar, R. Leese, J.P. Fellner, S.J. Rodrigues, K.M. Abraham, J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A50.
[49] Y.-C. Lu, E.J. Crumlin, T.J. Carney, L. Baggetto, G.M. Veith, N.J. Dudney, Z. Liu, Y. Shao-Horn, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 25948.
[50] Y.-C. Lu, E.J. Crumlin, G.M. Veith, J.R. Harding, E. Mutoro, L. Baggetto, N.J. Dudney, Z. Liu, Y. Shao-Horn, Sci. Rep. 2012, 2, 715.
[51] J. Christensen, P. Albertus, R.S. Sanchez-Carrera, T. Lohmann, B. Kozinsky, R. Liedtke, J. Ahmed, A. Kojic, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, R1.
[52] W. Xu, J. Xiao, J. Zhang, D. Wang, J.-G. Zhang, J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A773.
[53] J. Yi, X. Liu, S. Guo, K. Zhu, H. Xue, H. Zhou, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 23798.
[54] U. Sahapatsombut, H. Cheng, K. Scott, J. Power Sources 2014, 249, 418.
[55] O. Crowther, M. Salomon, Membranes 2012, 2, 216.
[56] Yuri Yampolskii, Ingo Pinnau, B. Freeman, Materials science of membranes for gas and vapor separation, John Wiley & Sons, Ltd, 2006.
[57] J.G. Wijmans, R.W. Baker, J. Membr. Sci. 1995, 107, 1.
[58] I. Blume, P.J.F. Schwering, M.H.V. Mulder, C.A. Smolders, J. Membr. Sci. 1991, 61, 85.
[59] J.-G. Zhang, D. Wang, W. Xu, J. Xiao, R.E. Williford, J. Power Sources 2010, 195, 4332.
[60] J. Zhang, W. Xu, X.H. Li, W. Liu, J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A940.
[61] J. Zhang, W. Xu, W. Liu, J. Power Sources 2010, 195, 7438.
[62] A. Rozicka, J. Niemistö, R.L. Keiski, W. Kujawski, J. Membr. Sci. 2014, 453, 108.
[63] R.W. Baker, J.G. Wijmans, Y. Huang, J. Membr. Sci. 2010, 348, 346.
[64] Z. Fu, Z. Wei, X. Lin, T. Huang, A. Yu, Electrochim. Acta 2012, 78, 195.
[65] D. Chua, A. Driedger, B. Meyer, M. Morgan, M. Salomon, Google Patents, 2011.
[66] O. Crowther, B. Meyer, M. Morgan, M. Salomon, J. Power Sources 2011, 196, 1498.
[67] O. Crowther, D. Keeny, D.M. Moureau, B. Meyer, M. Salomon, M. Hendrickson, J. Power Sources 2012, 202, 347.
[68] H.B. Tanh Jeazet, C. Staudt, C. Janiak, Dalton Trans. 2012, 41, 14003.
[69] L. Cao, K. Tao, A. Huang, C. Kong, L. Chen, Chem. Commun. 2013, 49, 8513.
[70] L. Cao, F. Lv, Y. Liu, W. Wang, Y. Huo, X. Fu, R. Sun, Z. Lu, Chem. Commun. 2015, 51, 4364.
[71] P. Muthiah, S.-H. Hsu, W. Sigmund, Langmuir 2010, 26, 12483.
[72] M.K. Yang, R.H. French, E.W. Tokarsky, J. Micro/Nanolithogr., MEMS, MOEMS 2008, 7, 033010.
[73] R. Scheffler, N.S. Bell, W. Sigmund, J. Mater. Res. 2010, 25, 1595.

Zeszyt


PRZEMYSŁ CHEMICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-6 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł

Prenumerata

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Open Access

Zeszyt

2016-6

Twój Koszyk

Zeszyt

Prenumerata

Open Access

Zeszyt

Czasopisma