Cella elettrochimica metallo-aria
# Cella elettrochimica metallo-aria

Una cella elettrochimica metallo-aria è una cella elettrochimica che usa un anodo costituito da metallo puro e di un catodo esterno a contatto con l'aria ambientale, tipicamente con un elettrolita acquoso o aprotico.

Durante la fase di scaricamento di una cella elettrochimica metallo-aria, avviene una reazione di riduzione nel catodo esposto all'aria ambientale, mentre il metallo dell'anodo è ossidato. Tale ossidazione, del metallo M dell'anodo, produce ioni del metallo (M+) che si muovono attraverso l'elettrolita fino al catodo dove interagiscono con l'ossigeno $(O_2)$ per formare ossidi di metallo $(MO_{2X}).$

La capacità specifica e la densità energetica delle celle elettrochimiche metallo-aria sono più alte rispetto a quelle delle batterie agli ioni di litio, rendendole un candidato primario per l'uso nei veicoli elettrici e immagazzinamento dell'energia prodotta da fonti rinnovabili. Per esempio le batterie agli ioni di litio hanno una densità energetica di circa 100-200 Wh/Kg, mentre litio-aria sono di circa 3458 Wh/Kg. Pur essendoci alcune applicazioni commerciali, le complicanze associate a catalisi, elettroliti e anodi metallici hanno reso complesso lo sviluppo e l'implementazione di batteria metallo-aria.

L'invenzione delle celle elettrochimiche metallo-aria è avvenuta in tempi diversi a seconda del metallo usato, ad esempio: zinco-aria è del 1878, alluminio-aria del 1962, ferro-aria è del 1968, sodio-aria è del 2012 e potassio-aria è del 2013.

L'uso pratico di celle elettrochimiche metallo-aria è molto difficile poiché ci sono diversi problemi da risolvere, tra i quali:

* l'anodo di metallo reagisce con l'elettrolita formando uno strato non reattivo chimicamente, tale strato forma un film detto SEI (Solid Electrolyte Interphase) che causa perdite prestazionali irreversibili
* la formazione di dendriti nell'anodo che causano cortocircuiti interni e che possono portare ad esplosioni
* difficoltà a reperire elettroliti che siano altamente stabili, abbiano bassa volatilità, abbiano non tossicità e siano altamente solubili con l'ossigeno
* la stabilità dei materiali dove avviene la reazione nel catodo (usando materiali di carbonio si ha instabilità durante le fasi di carica/scarica superiori a 3,5 V che comportano perdita di prestazioni e riducono il numero massimo di cicli di ricarica)

## Tipi per elemento dell'anodo

### Alluminio

L'invenzione di tale metodo risale al 1962.

### Calcio

L'invenzione di tale metodo risale al .

### Ferro

L'invenzione di tale metodo risale al 1968.

### Litio

L'invenzione di tale metodo risale al .

### Magnesio

L'invenzione di tale metodo risale al 1966.

### Potassio

L'invenzione di tale metodo risale al 2013.

### Sodio

L'invenzione di tale metodo risale al 2012.

### Zinco

L'invenzione di tale metodo risale al 1878.

## Confronto

| Elemento anodo | Energia specifica teorica, Wh/kg (compreso l'ossigeno) | Energia specifica teorica, Wh/kg (escluso ossigeno) | Tensione a circuito aperto calcolata, V |
| - | - | - | - |
| Alluminio | 4300 | 8140 | 1.2 |
| Germanio | 1480 | 7850 | 1 |
| Calcio | 2990 | 4180 | 3.12 |
| Ferro | 1431 | 2044 | 1.3 |
| Litio | 5210 | 11140 | 2.91 |
| Magnesio | 2789 | 6462 | 2.93 |
| Potassio | 935 | 1700 | 2.48 |
| Sodio | 1677 | 2260 | 2.3 |
| Stagno | 860 | 6250 | 0,95 |
| Zinco | 1090 | 1350 | 1.65 |
