ABD Donanması Araştırma Laboratuvarı, cep telefonlarını ve arabaları daha güvenli hale getirmek için lityum pillerin yerini alması beklenen çinko piller geliştiriyor.
ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı (NRL) Kimya Departmanından araştırmacılar, yakın zamanda lityum iyon pillere daha güvenli bir alternatif geliştirdiler. Şarj edilebilir çinko pil . Lityum iyon piller, yanıcı özelliklerinden dolayı askeri gemilerde ve diğer askeri platformlarda son zamanlarda yasaklandı.
Çalışma, şarj edilebilir çinko pillerin kapasitesinin lityum iyon pillere benzer olduğunu, ancak maliyetin daha düşük, hızın daha hızlı, hacmin daha küçük ve ağırlığın daha hafif olduğunu gösterdi. Hibrit enerji araçları, elektrikli araçlar, elektrikli bisikletler, hatta cep telefonları ve büyük ölçekli güç depolama ekipmanları .
Michael Burz, California, San Anselmo'da bulunan bir pil teknolojisi şirketi olan EnZinc'in CEO'sudur. Şirketin araştırmacılarının, lityum pil sistemlerinden% 30-% 50 daha ucuz olması beklenen bu teknolojiyi test ettiklerini ve desteklediklerini söyledi. %.
Debra Rolison (Debra Rolison), Washingtondaki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarının Gelişmiş Elektrokimyasal Malzemeler Bölümünün başkanıdır ve ayrıca çinko pil araştırmalarında yer almaktadır. Lityum pillerin en büyük zayıflığının, kolayca aşırı ısınabilecekleri ve hatta alev alıp patlayabilecekleri olduğuna inanıyor. ABD Donanması, lityum pil dengesizliğinin askerlere ve silahlara olası zararlarını önlemek için her zaman lityum pilleri değiştirecek bir teknoloji bulmayı ummuştur. Çinko pillerin yangın tehlikesi, lityum pillerinkinden çok daha azdır ve birim hacim ve birim kütle başına enerji deposu, lityum pillerinkinden daha düşük değildir. Ayrıca çinkonun yeryüzünde lityumdan daha fazla rezervi vardır ve çok daha ucuzdur. Bu nedenle, çinko piller yeni nesil şarj edilebilir piller vaat ediyor.
Bununla birlikte, uzun bir süredir, çinko piller şarj edilemez olarak kabul edilmiştir, çünkü yalnızca birkaç tur şarjdan sonra, çinko pilin içindeki iki elektrot arasında iletken filamentler oluşacaktır ve sonunda bir kısa devre meydana gelir.
Araştırma ekibi, pilin içinde iletken filamanların oluşumunu engellemenin bir yolunu buldu: çinko anot, gözenekli sünger benzeri bir yapıya dönüştürüldü. Şarj ve deşarj sırasında, çinko anot üzerindeki akım dağılımı daha tekdüzedir, bu nedenle iletken filamentlerin oluşturulması zordur.
Şekil | Sol: yeni çinko anot; sağ: 100 şarj ve deşarj sonrasında çinko anot. ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı'nın izniyle
Bruce, çinko anotların üretim süreci, silindirik kalıplara çinko emülsiyonu uygulamak ve ardından onları kurutmaktır - "bu biraz kek pişirmeye benzer," dedi.
Çinko pilin katodu nikelden yapılmıştır. Deneyler, pilin 50.000 şarj ve deşarj döngüsüne dayanabildiğini ve kullanım ömrünün hibrit araçlardaki kurşun-asit akülere benzer olduğunu, çinko pillerin birim hacim ve birim kütlesine göre enerji depolamasının kurşun asitli akülerden daha yüksek olduğunu göstermiştir.
Nissan Leaf üzerinde yapılan testler, bataryanın daha hafif bir kütleye ve daha küçük boyuta sahip 24 kWh elektrik sağlayabildiğini göstermiştir.
Elektrikli bisiklet test sonuçları aşağıdaki gibidir:
Bruce, çinko pillerin lityum pillerin gücünü kurşun asit piller pahasına sağladığını ve yeniden şarj edilebilir, daha güvenli ve hammadde bakımından daha zengin olduğunu söyledi. Çinko, yıllık 14 milyon ton üretimiyle dünyadaki en bol bulunan dördüncü elementtir. Aslında Bruce, Dünya Çinko Derneği'nden insanlar şaka yaptı: "Her yıl çeşitli üretim aşamalarında kaybedilen çinko, çinko elektrikli araçların batarya ihtiyaçlarını karşılamaya yeterli."
Daha da iyisi, bilim adamları düğme piller, tüketici elektroniği, elektrikli araçlar ve büyük enerji depolama istasyonlarından çinko pillerin uygulanabilir ölçeğinde neredeyse hiçbir sınır olmadığını keşfettiler.
ABD Deniz Kuvvetleri Laboratuvarı Sonuç Dönüşüm Ofisi'nden Steven Marquis, EnZinc'in tekerlekli elektrikli araçlar alanında çinko-nikel pillerin sanayileştirilmesi için lisans aldığını söyledi. Diğer uygulamalar ve diğer katot malzemeleri için yetkiler hala açık ve Donanma Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar hala diğer katot malzemelerini araştırıyor. Örneğin, gümüş-çinko pillerin gücü lityum iyon pillerin erişemeyeceği bir yerdedir, bu nedenle Donanmanın su altı denizaltı ekipmanlarında kullanılması çok umut verici. Araştırma makalesi bu hafta Science'da yayınlanacak.
