Sink-ceriumbatteri

Sink-ceriumbatteriet er en type redoks-flytbatteri som ble utviklet av Plurion Inc. (Storbritannia) på 2000-tallet. 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. 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. 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, 2,4 M for Ce (III) og opptil 1,0 M for Ce (IV). Metansulfonsyre er spesielt godt egnet for industrielle elektrokjemiske applikasjoner og anses å være et grønt alternativ til andre støtteelektrolytter.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.


== Cellekjemi ==
Ved den negative elektroden (anoden) galvaniseres sink og strippes på karbonpolymerelektrodene under henholdsvis ladning og utladning.

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

  
    
      
        (
        −
        0.76
        V
        
          vs. SHE
        
        )
      
    
    {\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.

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

  
    
      
        (
        +
        1.44
        V
        
          vs. SHE
        
        )
      
    
    {\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). Den positive elektrolytten er en løsning av cerium(III)metansulfonat.


== Referanser ==