Bateria de nitrogênio de alumínio duplo que armazena energia e fixa nitrogênio

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Bateria de nitrogênio de alumínio duplo que armazena
energia e fixa nitrogênio
Uma bateria de alumínio-nitrogênio recarregável serve ao duplo propósito não apenas de armazenar e
recuperar energia, mas também de ser capaz de corrigir seu fluxo de nitrogênio como amônia.
Crédito da imagem: Jake Gard em Unsplash
Um relatório recente descreveu uma inovadora bateria de metal-nitrogênio recarregável baseada em um
cátodo de paládio (Pd) suportado por grafeno e um ânodo de alumínio polido (Al) com interface com um
eletrólito líquido iônico composto de cloreto de alumínio / 1-butil-3-metilimidazólio.
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Ying Guo, et al. – Reproduzido com permissão da Royal Society of
Chemistry
Notavelmente, a bateria Al-N 2 mostrou ter um duplo objetivo não apenas de armazenar e recuperar
energia, mas também de ser capaz de fixar o 2fluxo de nitrogênio (N 2) como amônia (NH 33).
Para amplificar, os princípios de funcionamento desta nova bateria Al-N 2 são mostrados na figura, e as
reações eletroquímicas balanceadas que operam na bateria são apresentadas abaixo:
Anodo : 2Al + 14AlCl 4 – 8Al 2 Cl 7 – + 6e –
Cátodo : 8Al 2 Cl 7 – + N 2 + 6e – 2AlN + 14AlCl 4 –
Geral : 2Al + N 2 ? 2AlN
A bateria Al-N 2 demonstrou uma eficiência faradaica de 51,2%, além dos 5% das baterias M-N 2
relatadas anteriormente com base em ânodos metálicos de lítio (Li) e sódio (Na).
Na comparação com a bateria de Al-N 2 da arte anterior Li-N 2, destaca-se que a energia livre de
formação de -G f(AlN) -287 kJ/mol é mais negativa do que para o G f(Li 3 N) -154 kJ/mol.
Termodinamicamente, isso indica a espontaneidade da reação Al(s) + N 2(g) – 2AlN(s) é maior que
6Li(s) + N 2(g) – 2Li 3 N(s), e a tensão do circuito aberto para Al-N 2 (0,99 V) prova ser maior que Li-N 2
(0,53 V). Além disso, o potencial de redução padrão de Al ser inferior ao Li proporciona maior
estabilidade química para Al em comparação com Li. Além disso, a camada de passivação natural Al 2 O
3 em Al confere-lhe maior segurança no seu manuseamento em comparação com Li.
Além da capacidade do Al-N 2 para funcionar como uma bateria recarregável, ele “mata dois pássaros
com uma pedra” também funcionando como um dispositivo de fixação N 2, produzindo uma solução
aquosa NH 3 do AlN gerado eletroquimicamente de acordo com a equação de dissolução de base
alcalina equilibrada:
AlN + NaOH + 2H 2 O – NaAlO 2 + NH 3 ?H 2 O
O desempenho de fixação N 2 da bateria Al-N 2 é impressionante, permitindo uma taxa de produção NH
3 de 27,1 mg / g cat.h.
No geral, a invenção do dispositivo Al-N 2 de armazenamento de energia de dupla finalidade, o
dispositivo Al-N 2 fala bem para uma forma futura distribuída e sustentável de agricultura – uma visão
que prenuncia uma alternativa ecológica interessante ao processo Haber-Bosch intensivo em energia e
gases de efeito estufa e às tecnologias alternativas de redução N 2 aquosas amoniacas verdes
emergentes.
Escrito por: Geoffrey Ozin
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee01241f#!divAbstract
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Solar Fuels Group, Universidade de Toronto Ontario, Canadá, E-mail: g.ozin-utoronto.ca, Sites:
www.nanowizard.info, www.solarfuels.utoronto.ca, www.artnanoinnovations.com.
Referências :
Guo, Ying, et al., Uma bateria Al-N 2 recarregável para armazenamento de energia e alta eficiência N 2
Fixação, energia e ciência ambiental (2020). DOI: 10.1039/D0EE01241F
Wang, Lu, et al., Amoníaco verde em direção à refinaria de amônia solar, Joule 2.6 (2018). DOI:
10.1016/j.joule.2018.04.017
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