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Addressing the voltage and energy fading of Al-air batteries to enable seasonal/annual energy storage

Xu, Cheng und Herrmann, Niklas und Liu, Xu und Horstmann, Birger und Passerini, Stefano (2023) Addressing the voltage and energy fading of Al-air batteries to enable seasonal/annual energy storage. Journal of Power Sources (574), Seite 233172. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2023.233172. ISSN 0378-7753.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775323005475

Kurzfassung

Al-air batteries are promising candidates for seasonal and annual energy storage. However, severe voltage decay upon discharge limits their practical specific energy. Herein, we first explore the effect of different Al(OH)4 - concentrations in alkaline electrolytes on the electrochemical oxidation of Al metal anodes (AMAs). Simulation analysis on the electrochemical impedance spectra of AMAs reveals that the formation of Al(OH)4 - reduces the OH- concentration and negatively affects the reaction kinetics of AMAs, which is responsible for increased potentials of AMAs and the consequent voltage decay of Al-air batteries. Subsequently, a seeded precipitation process taking advantage of the lower solubility of Al(OH)4 - at 20 °C than at 50 °C is proposed to recover the voltage decay of Al-air batteries. Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy demonstrates that more than 70 wt% of Al(OH)4 - in the electrolyte can be removed via this process. Raman spectra and ionic conductivity tests of the electrolyte, together with X-ray diffraction of the precipitate, reveal that the removed is converted into insoluble Al(OH)3 with release of OH-. Making use of the precipitation process, Al-air prototypes of Ah-level delivering 3.95 kWh/kg at 50 mA cm-2 and 3.52 kWh/kg at 100 mA cm-2 are demonstrated.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200506/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Addressing the voltage and energy fading of Al-air batteries to enable seasonal/annual energy storage
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Xu, ChengHelmholtz Institute Ulm (HIU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Herrmann, NiklasNiklas.Borchers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9618-3723149040967
Liu, XuHelmholtz Institute Ulm (HIU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578149040969
Passerini, StefanoKarlsruhe Institute of Technologyhttps://orcid.org/0000-0002-6606-5304NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Mai 2023
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233172
Seitenbereich:Seite 233172
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Al-air batteries Seasonal/annual energy storage Voltage decay Aluminate Seeded precipitation process
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Herrmann, Niklas
Hinterlegt am:19 Dez 2023 17:30
Letzte Änderung:19 Dez 2023 17:30

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