Sink-ceriumbatteri

Sink-ceriumbatteriet er en type redoks-flytbatteri som ble utviklet av Plurion Inc. (Storbritannia) på 2000-tallet.^[1][2] I dette oppladbare batteriet sirkuleres både negativ sink og positive ceriumelektrolytter gjennom en elektrokjemisk strømningsreaktor under drift og lagres i to separate reservoarer. Negative og positive elektrolyttrom i den elektrokjemiske reaktoren er atskilt med en kationbyttermembran, vanligvis Nafion (DuPont). Ce (III)/Ce (IV) og Zn (II)/Zn redoksreaksjonene finner sted ved henholdsvis de positive og negative elektrodene. Siden sink er galvanisert under ladning ved den negative elektroden, er dette systemet klassifisert som et hybridstrømsbatteri. I motsetning til sink-brom- og sink-klor-redoksbatterier, er det ikke behov for kondenseringsanordning for å oppløse halogengasser. Reagensene som brukes i sink-cerium-systemet er betydelig billigere enn de som brukes i vanadium-strømningsbatteriet.

På grunn av de høye standardelektrodepotensialene til både sink- og ceriumredoksreaksjoner i vandige medier, er cellespenningen med åpen krets så høy som 2,43 V.^[1] Blant de andre foreslåtte oppladbare vannbaserte batterisystemene, har dette systemet den største cellespenningen, og dens effekttetthet per elektrodeområde er det andre mot H₂-Br₂-strømbatteriet.^[3] Metansulfonsyre brukes som bærende elektrolytt, da det tillater høye konsentrasjoner av både sink og cerium; løseligheten til de tilsvarende metansulfonatene er 2,1 M for Zn,^[4] 2,4 M for Ce (III) og opptil 1,0 M for Ce (IV).^[5] Metansulfonsyre er spesielt godt egnet for industrielle elektrokjemiske applikasjoner og anses å være et grønt alternativ til andre støtteelektrolytter.^[4]

Zn-Ce-strømningsbatteriet er fortsatt i tidlige utviklingsstadier. Den viktigste teknologiske utfordringen er kontroll av ineffektivitet og selvutladning (Zn-korrosjon via hydrogenutvikling) ved den negative elektroden. I kommersielle termer øker behovet for dyre Pt-Ti-elektroder kapitalkostnadene for systemet sammenlignet med andre RFB-er.

Ved den negative elektroden (anoden) galvaniseres sink og strippes på karbonpolymerelektrodene under henholdsvis ladning og utladning.^[6][7][8]

${\displaystyle {\ce {Zn^{2+}(aq) + 2e- <=>Zn (s)}}}$

${\displaystyle (-0.76V{\text{vs. SHE}})}$

Ved den positive elektroden (katoden) (titanbaserte materialer eller karbonfiltelektrode) vil Ce (III) oksidasjon og Ce (IV) reduksjon under henholdsvis ladning og utladning.^[9][10]

${\displaystyle {\ce {Ce^{4+}(aq) - e- <=> Ce^{3+}(aq)}}}$

${\displaystyle (+1.44V{\text{vs. SHE}})}$

På grunn av den store cellespenningen, kunne hydrogen (0 V vs. SHE) og oksygen (+1,23 V vs. SHE) utvikle seg teoretisk som sidereaksjoner under batteridrift (spesielt ved lading).^[11] Den positive elektrolytten er en løsning av cerium(III)metansulfonat.