22 Jahre Batterieanpassung
APR 11, 2020 Seitenansicht：465
Zink-Luft-Batterien werden als Metall-Luft-Zellen eingestuft. Sie sind Batterien, die durch Oxidation von Zink mit Luftsauerstoff betrieben werden und eine hohe Energiedichte aufweisen. Die Zellen sind kostengünstig herzustellen und ihre Größen reichen von extrem kleinen Knopfzellen, die in Hörgeräten verwendet werden, bis zu größeren, die in Filmkameras verwendet werden. Die massiven Zink-Luft-Batterien werden bei der Herstellung größerer Erfindungen wie dem Antrieb von Elektrofahrzeugen und auch bei energiespeichern im Netzmaßstab wie Solaranlagen eingesetzt.
Diese Batterien bestehen aus einer Anode aus granuliertem Pulver / Zink, gemischt mit einem Elektrolyten, der normalerweise ein Geliermittel enthält, um den Kontakt zwischen dem Elektrolyten und dem Zinkgranulat aufrechtzuerhalten. Es gibt auch eine Kathode, die mit der Luft unter Bildung eines Oxids reagiert, das die Reaktion vervollständigt und die erforderliche Energie erzeugt.
Wie sie arbeiten
Während der Entladung bildet eine Menge von Zinkpartikeln eine poröse Anode, die üblicherweise mit einem Elektrolyten gesättigt ist. In der Luft vorhandener Sauerstoff reagiert an der Kathode unter Bildung von Hydroxylionen, die sich dann an der Anode in das Zink vorbei bewegen, um Zinkat zu bilden. Die Reaktion neigt dazu, Elektronen freizusetzen, die zur Kathode zurückwandern, während sich das Zinkat in Zinkoxid zersetzt und das Wasser in den Elektrolyten zurückkehrt. Das an der Anode gebildete Wasser und Hydroxyl werden an der Kathode zurückgeführt, wodurch jegliche Verschwendung verringert wird. Diese Reaktion soll theoretische 1,65 V erzeugen, die später in den verfügbaren Zellen auf 1,4 V reduziert werden.
Normalerweise haben Zink-Luft-Batterien einige der Eigenschaften, die in Brennstoffzellen / Batterien vorhanden sind. Das Zink ist typischerweise der Brennstoff und die Reaktionsgeschwindigkeit innerhalb der Zellen kann durch Variieren des Luftstroms gesteuert werden. Auch die oxidierte Zinkpaste an der Anode kann durch frische Paste ersetzt werden. Diese Batterien wurden verwendet, um die Quecksilberbatterien zu ersetzen, die vor einiger Zeit in Filmkameras verwendet wurden, aber nachweislich eine kürzere Lebensdauer haben. Ihre Zukunft im Einsatz in Elektrofahrzeugen scheint jedoch vielversprechend und auch in großen Flugsystemen.
Arten von Zink-Luft-Batterien
In der Industrie gibt es drei Arten von Zink-Luft-Batterien, darunter die primären nicht wiederaufladbaren Zellen, die sekundären wiederaufladbaren Zellen und die mechanischen wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterien.
1. Primäre Zink-Luft-Batterien
Dies sind Zink-Luft-Batterien, die nicht wiederaufladbar sind. Sobald Sie alle Kapazitäten ausgeschöpft haben, müssen sie daher ordnungsgemäß entsorgt werden. Die Primärzellen sind in einem Knopfdesign bis etwa 1 Ah hergestellt und auch in prismatischen Formen für verschiedene tragbare Geräte erhältlich, die ansonsten mit Kapazitäten von etwa 5 bis 30 Ah hergestellt werden. Wenn ich zu Hybridzellkathoden von Zink-Luft-Batterien komme, wird normalerweise Mangandioxid eingeführt, um den Weg für hohe Spitzenströme zu ebnen.
Zink-Luft-Knopfzellen sind normalerweise sehr effektiv, aber ihre Konstruktion oder Zusammensetzung kann aus verschiedenen Gründen nicht auf eine viel größere Zink-Luft-Batterie erweitert oder erweitert werden. Diese Gründe umfassen Luftdiffusionsleistung, Wärmeableitung und auch Leckageprobleme. Das Stapeln prismatischer Zellen zu einer großen Batterie kann sich als schwierig erweisen, da Luftkanäle innerhalb der Batterien erforderlich sind und möglicherweise ein Lüfter erforderlich ist, um die Luft durch den komprimierten Stapel zu drücken.
1. Sekundäre Zink-Luft-Batterien
Hierbei handelt es sich um wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien. Sobald Sie ihre Kapazitäten aufgebraucht haben, können Sie sie jederzeit an ein Ladegerät anschließen und wieder auf volle Kapazität bringen. Diese Zink-Luft-Zellen benötigen eine Zinkausfällung, die von einem Elektrolyten auf Wasserbasis erhalten wird, damit sie genau kontrolliert werden können. Es gibt jedoch verschiedene Probleme, mit denen diese Art von Zink-Luft-Batterien konfrontiert sind, und sie umfassen die Dendritenbildung, die ungleichmäßige Auflösung von Zink und die begrenzte Löslichkeit in verschiedenen Elektrolyten.
Es ist irgendwie schwierig, die an der Kathode gefundene Reaktion elektrisch umzukehren, um Sauerstoff aus Nebenprodukten der Entladungsreaktion zu erzeugen. Die Ladespannung dieser Zellen ist auch viel höher als die Entladespannung, wodurch eine Energieeffizienz des Zyklus von nur 50% erzeugt wird. Eine sekundäre Zink-Luft-Batterie bietet im Vergleich zu einer normalen primären Zink-Luft-Batterie viel geringere Materialkosten und eine höhere spezifische Energie.
2.Mechanische Zink-Luft-Batterie aufladen
Diese Systeme neigen dazu, die Elektroden in einer Zink-Luft-Batterie mechanisch zu ersetzen und arbeiten daher als erneuerbare Primärbatterien. Sie neigen auch dazu, Zinkpulver und andere wissenschaftliche Methoden zu verwenden, um die Reaktanten wieder aufzufüllen. Die mechanischen Ladesysteme von Zink-Luft-Batterien werden in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Zu ihren Vorteilen gegenüber sekundären Zink-Luft-Batterien gehört die Entkopplung von Energie- und Leistungskomponenten, die eine flexible Plattform für unterschiedliche Laderaten sowie Energiekapazitätsanforderungen bieten.
Wird Zink in Lithiumbatterien verwendet?
Meistens wird Zink verwendet, um andere Metalle wie Eisen zu verzinken, wodurch Rostbildung verhindert wird. Zink kann auch in Legierungen wie Messing und Aluminium verwendet werden. Einige dieser Legierungen werden zur Herstellung verschiedener Lithiumbatterien in verschiedenen Komponenten innerhalb der Zellen verwendet. Daher wird Zink verwendet, um verschiedene Versionen von Lithiumbatterien herzustellen.
Was ist der Unterschied zwischen Zink-Luft-Batterie und Lithium?
Lithiumbatterien sind Primärbatterien mit metallischem Lithium als Anodenmaterial und werden als Lithiummetallbatterien bezeichnet. Sie verwenden auch Mangandioxid als Kathode mit einem Lithiumsalz, das in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist. Wenn es um Zink-Luft-Batterien geht, verwenden sie Zinkpulver an der Anode und gelten als Metall-Luft-Batterien. Sie bieten höhere Energiedichten als Lithiumbatterien und sind umweltfreundlicher.
Kann eine Zink-Luft-Batterie die Lithium-Batterie ersetzen?
Die nicht wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterien weisen im Vergleich zu anderen Batterietypen, einschließlich lithium-batterien, tendenziell eine viel höhere Dichte und ein höheres spezifisches Energierat auf. Dies liegt daran, dass die atmosphärische Luft einer der Reaktanten der Batterien ist und im Überfluss verfügbar ist. Die Luft ist normalerweise nicht mit der Batterie verpackt, so dass die Anode mehr Zink enthält und die Kapazität für ein bestimmtes Gewicht oder Volumen erhöht wird. Zink-Luft-Batterien haben auch eine lange Haltbarkeit, wenn sie versiegelt sind, um die Luft fernzuhalten, und bei der richtigen Temperatur gelagert werden.
Als solche können Zink-Luft-Batterien die Lithium-Batterie definitiv ersetzen, aber aufgrund der Schwierigkeit, die Zellen wieder aufzuladen, haben sie die Herausforderung noch nicht angenommen.
Fazit
Die weit verbreitete Anwendung von Zink-Luft-Batterien hat sich verzögert, da sich das Aufladen bisher als etwas schwierig erwiesen hat. Dies liegt daran, dass Elektrokatalysatoren fehlen, die während Lade- / Entladezyklen Sauerstoff effizient reduzieren und erzeugen. Es werden jedoch intensive Forschungsarbeiten durchgeführt, um dieses Problem zu lösen, und bald haben wir möglicherweise einen brauchbaren Ersatz für Lithiumbatterien auf dem Markt.
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