باتری های قابل شارژ Zn-air

باتری های قابل شارژ Zn-air

باتری های قابل شارژ Zn-air در کانون توجه قرار گرفته اند. در مقایسه با فناوری لیتیوم یون فعلی ، این باتری های لیتیوم یون دارای چگالی انرژی نظری بیشتری (عملکرد بالا) و هزینه های تولید بسیار پایین هستند که آنها را برای کاربردهای ثابت مناسب می کند.

علاوه بر این، این فناوری ذخیره انرژی از مواد فراوان و سازگار با محیط زیست استفاده می کند (به عنوان مثال ، سازگار با محیط زیست است) ، پتانسیل بالایی برای قابلیت بازیافت بالا دارد و ایمن است (یعنی الکترولیت آبی ، بدون نیاز به حلالهای آلی خطرناک). روی به عنوان یک ماده اصلی باتری ، جذاب است زیرا فراوان است ، از نظر جغرافیایی پراکنده است و بسیار ارزان تر از لیتیوم است.

باتری های روی یک انتخاب مطلوب نسبت به باتری های مبتنی بر لیتیوم هستند که سالها در بازار در زمینه های مختلف ، به ویژه در خودروهای برقی و سایر دستگاه ها ، استفاده می شدند. روی چهارمین فلز فراوان در جهان است که در هزینه کم آن موثر است و این ماده را برای استفاده در باتری ها بسیار جذاب کرده است.

اما آیا این باتری ها جدید هستند؟ به هیچ وجه، در سال 1868 ، Leclanché اولین سلول حاوی آند Zn را ، مخلوطی از دی اکسید منگنز و کاتد کربن و الکترولیت کلرید آمونیوم اختراع کرد. لکلانش ناخودآگاه کاتد را در معرض هوا قرار داد و به اصطلاح مرزهای سه فاز (گاز ، مایع و جامد) ایجاد کرد و بنابراین ناخواسته اولین باتری اولیه Zn-air را ایجاد کرد!

از آن زمان ، بسیاری دیگر (به عنوان مثال ، مایچ ، واکر و ویلکینز) به توسعه طرح ها و مواد سلولهای بهتر ادامه دادند تا اینکه در سال 1932 اولین باتری ها توسط شرکت Union Carbide در ایالات متحده تجاری شد. باتری های اولیه Zn-air در همه جا رایج شده است و امروزه ما می توانیم آنها را در سمعک ، مانیتور بیمار ، سیگنالینگ ترافیک جاده و سایر موارد پیدا کنیم.

باتری های قابل شارژ Zn-air

در سالهای اخیر ، باتریهای Zn-air با تمرکز بر قابلیت شارژ مجدد آنها به دلیل ویژگیهای امیدوارکننده آنها مورد بازبینی قرار گرفته اند.

یک باتری معمولی Zn -air شامل یک کاتد هوای متخلخل و یک آند فلزی Zn است که توسط یک الکترولیت قلیایی از هم جدا شده اند. در طول تخلیه ، O2 از هوا به کاتد متخلخل نفوذ کرده و در سطح کاهش می یابد. در همین حال ، آند فلز روی اکسید شده و به یونهای محلول روی (Zn (OH) 42−) اکسید می شود. از نظر تئوری ، این واکنش را می توان با تکامل O2 در کاتد معکوس کرد و سپس دوباره به جو منتقل کرد و روی فلزی روی آند آبکاری شد. این اصول عملیاتی بر اساس واکنش کاهش اکسیژن (ORR) در طول تخلیه و واکنش تکامل (OER) در حین شارژ است.

یکی از چالش های اصلی این فناوری ذخیره انرژی ، سینتیک کند این واکنش ها است که منجر به عمر چرخه ضعیف می شود. بنابراین محققان در سراسر جهان تحقیقات خود را بر روی توسعه الکتروکاتالیست های اکسیژن مناسب دو عملکردی (فعال در طول ORR و OER) متمرکز کرده اند.

در شرایط فعلی فناوری ، فلزات گرانبها یا اکسیدهای فلز گذار به عنوان بهترین کاتالیزورهای دو عملکرد مورد مطالعه و توسعه قرار گرفته اند. با این حال ، استفاده از مواد کربنی ارزان و رسانا ، پراکندگی و سطح فعال کاتالیست را بهبود می بخشد و هزینه کاتالیزور نهایی را کاهش می دهد. مزیت ذاتی این باتری ها این است که نیازی به مواد اولیه حیاتی ندارند و برای مثال می توان از مواد کربنی استفاده کرد که از ضایعات ریخته گری با هدف اقتصاد دورانی استفاده می شود.

توجه کمتری به آند Zn شده است که برای دستیابی به باتری های پایدار و قابل چرخش Zn-air به همان اندازه مهم است. چالش اصلی ناشی از واکنش خود به خودی بین Zn و الکترولیت است که باعث ایجاد H2 و خوردگی الکترود می شود و منجر به خرابی سلول می شود. مطالعات فعلی بر روی باتری های قابل شارژ Zn-air از کاربردهای عملی بسیار دور است. عمق تخلیه (DOD) عمدتا بسیار کم است (<1) که به سختی آندهای روی را به چالش می کشد. برنامه های تجاری نیاز به استفاده از آند روی زیاد (> 50٪ DoD) و برگشت پذیری الکتروشیمیایی در شرایط عملی دارند. از این نظر ، تحقیقات و صنعت باید برای یافتن راه حل های پایدار و پایدار برای توسعه باتری قابل شارژ Zn-air با یکدیگر همکاری کنند.

در سال های اخیر ، چندین شرکت (به عنوان مثال ، NantEnergy در ایالات متحده ، EDF در اروپا) ادعا کرده اند که باتری های قابل شارژ الکتریکی بدون مواد خطرناک ، ارزان و کاملاً قابل بازیافت تولید کرده اند. با این حال ، این پیشرفت ها با هاله ای از شک و تردید احاطه شده است.

آینده باتری های Zn-air

زمان عرضه این باتری ها به بازار عمومی زمان زیادی طول خواهد کشید. بازاری با فرصت های فراوان به دلیل باتری های لیتیوم یونی به عنوان راه حلی برای ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضای برق شبکه برق و جلوگیری از هزینه های پرهزینه در زمان اوج ، کوتاه آمده است.

علاقه به باتری های قابل شارژ Zn-air به طور مداوم در حال افزایش است زیرا تولید انبوه آنها با قیمت ارزان امکان پذیر است. به عنوان مثال ، برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ ، Li-ion نمی تواند با باتری های Zn-air رقابت کند.

آینده امیدوار کننده به نظر می رسد و تلاش اختصاص داده شده برای توسعه این سیستم ذخیره انرژی افزایش می یابد. باتری ساخته شده از مواد فراوان و سازگار با محیط زیست ، ایمن ، ارزان و قابل بازیافت.

جهت استعلام قیمت تماس بگیرید.
09193683289