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Zinc Air Batterie
vue en coupe d'un bouton zinc-air pile. A: séparateur, B: anode en poudre de zinc et l'électrolyte, C: revêtement du compartiment d'anode, D: isolateur, E: le revêtement du compartiment de cathode, F: orifice pour l'air, G: collecteur de courant et un catalyseur de cathode, H : distributeur d'air, I: membrane semi-perméable.

la batterie zinc-air (ou accumulateur zinc-air) Il est batterie rechargeable en utilisant un cathode à oxygène atmosphérique (Qui reçoit des électrons, contraction) Et anode de zinc (Qui transfère des électrons, oxydant); De même à d'autres batteries, le mouvement des électrons génère un différence de potentiel puis une tension électrique qui peut être utilisé pour fournir divers types de des circuits électriques,.

traits

la accumulateurs Zinc-air appartiennent à la catégorie des piles à combustible, où le zinc est le carburant et l'oxygène est le oxydant. Lorsque les surfaces des électrodes de zinc métallique sont oxydés (devenant oxyde de zinc), La batterie peut être considérée comme « faible ». La batterie ne peut être rechargée par l'utilisateur, mais il doit être remplacé "la mouche« Par un autre paquet de ces nouvelles batteries. L'ancien paquet est »rechargées« A part (en fait le zinc de dioxyde est »régénéré», À savoir une procédure électrochimique est réduit en zinc métallique) dans l'industrie ou dans station-service automatisé qu'il traitera ce cycle industriel.

Un kilogramme de batterie zinc-air fournit environ 110-200 wattora; cela équivaut à environ 6,8 à 10,2 fois la densité énergétique d'un commun Batterie au plomb-acide (Tel qu'il est utilisé dans les automobiles). En théorie, en raison des améliorations technologiques pourraient être arrivés à des densités d'énergie allant jusqu'à 1000 Wh / kg.[1]
De plus, le coût de production est inférieure à celle des accumulateurs plomb-acide.

avantages

  • Par rapport à 'batterie au nickel-cadmium, vous avez un léger avantage dans le rapport charge / poids, pour la non-présence de métaux lourds toxiques pour la mise en décharge et de l'absence totale de 'effet mémoire.
  • Par rapport à 'accumulateur lithium-ion, Ils ont d'énormes avantages dans la vie (en particulier à des températures élevées) et en particulier dans la sécurité (ils ont pas tendance à prendre feu si elle est endommagée).
  • Par rapport à 'Batterie au plomb-acide, L'avantage principal est celui de la plus grande charge de rapport / poids, le coût moindre du métal et de l'absence de métaux lourds à éliminer dans une décharge.

inconvénients

  • Les piles zinc-air souffrent de très basse température et de l'humidité et de la pollution, ce qui conduit à une réduction de la réactivité l'oxygène atmosphérique. Dans des conditions idéales, comme les lieux chauds et désertiques, il y a une augmentation de la puissance maximale et de l'autonomie du véhicule (voir les essais de 1997 en Californie). Exactement le contraire se produit à haute altitude (où la pression partielle d'oxygène diminue) et dans les climats froids et humides, par exemple en cas de pluie, qui sont en décroissance à la fois la puissance maximale que l'autonomie du véhicule.
  • Vous ne pouvez pas recharger ces batteries dans la maison, ni les employer dans la récupération d'énergie de freinage (environ 15%), ou les connecter à un générateur alimenté par un Moteur à combustion interne, ou les charger les cellules solaires sur le corps, etc. les associant à d'autres types de batteries, on peut récupérer une partie de l'énergie de freinage ou d'un incident d'énergie solaire à travers les cellules photo-voltaïques.

réactions

Les réactions qui se produisent au sein d'une batterie zinc-air sont les suivantes:

  • anode: Zn + 4OH- → Zn (OH)42- + second- (E0 = -1,25 V)
  • dans l'électrolyte: Zn (OH)42- → ZnO + H2O + 2OH-
  • à la cathode: OU2 + 2H2O + 4E- → 4OH- (E0 = 0,4 V)

Ainsi, la réaction globale est la suivante:

2Zn + O2 → .2ZnO (E0 = 1,65 V)

Demande automobile

En 1999, un véhicule (van Mercedes MB-410) équipé de batteries zinc-air a été en mesure de surmonter la section alpine de 'autoroute entre turin et Lyon, offrant une gamme d'environ 500 km.

Un résultat bien mérité plus d'attention.

Dans le bilan énergétique global (transformation de l'énergie contenue dans huile en énergie mécanique disponible sur le véhicule), le système traditionnel de l'essence a fourni des rendements de 13%, tandis que celle qui prévoit la transformation de l'énergie chimique de l'huile en énergie électrique, et de son stockage ultérieur dans la batterie zinc-air et l'utilisation par des moteurs électriques, il a donné des rendements de 16%. De toute évidence, puisqu'il est l'électricité, personne ne nous interdit de le produire avec centrales hydroélectriques, avec panneaux solaires, avec des éoliennes ou réacteurs nucléaires, toujours connecter l'industrie « regénère » la batterie zinc-air. Il convient de noter que, étant donné qu'il utilise un moteur électrique avec une efficacité moyenne de 90% au lieu d'un moteur à combustion avec une efficacité moyenne de 30%, le coût par kilomètre est 3 fois plus faible.

À l'heure actuelle, compte tenu de la durée de désavantage »accumulateur lithium-ion, que le température ambiante (25 ° C) perd environ 20% de sa capacité de charge de chaque année (la batterie Li-ion semble plus adapté aux climats froids), dans certains modèles voiture électrique Ils utilisent les piles zinc-air possible alternative rentable, tant du point de vue économique, celle de la charge de la relation fourni / poids de la batterie.

Le principal avantage pour les véhicules à moteur: sécurité

La principale caractéristique est celle de pas prendre feu dans toutes les conditions. Le taux de combustion de zinc dépend principalement de pression atmosphérique et le pourcentage d'oxygène de l'air (19% de la constante), la température, l'humidité et par la vitesse d'oxydation de la batterie. Par rapport aux accumulateurs au plomb-acide sulfurique, il a l'avantage de ne pas libérer des acides causer des brûlures si la batterie a été négligemment ouvert ou endommagé dans une collision.

L'oxygène pur augmente la puissance de la batterie zinc-air

L'une des sources d'hydrogène pour les propositionséconomie de l'hydrogène est le 'électrolyse l'eau, grâce à l'électricité produite par 'énergie éolienne et par 'l'énergie hydraulique. Cette procédure, en plus de 'hydrogène, Elle conduit également à obtenir oxygène.

Des pressions élevées d'oxygène, la présence d'ozone et à haute température semblent augmenter les performances, à la fois la puissance de pointe que la capacité de production totale d'énergie de la batterie zinc-air. Dans ce cas, l'ajout au système de batterie zinc-air un misuratore-doseur afflux d'oxygène avec la possibilité d'enrichir le mélange en le retirant d'un cylindre, vous pourriez obtenir une sorte de suralimenter de la batterie zinc-air.

Développement en Italie

en Italie ces batteries, de la taille, le type et tension (~ 12 V) nécessaire pour le transport, ils sont étudiés et construits par Edison de Trofarello, en Province de Turin.

Poste actuel

Zinc Air Batterie
Types de pile Zn / air pour dispositifs acoustiques
  • La batterie haute puissance-BA-8180 / U zinc-air est commercialisé depuis 2002 par Auburn électrique Fuel Battery Corporation dans l'état de 'Alabama, en USA.
  • À l'heure actuelle petite piles bouton Le zinc-air sont avantageusement utilisés pour alimenter les amplificateurs dans la prothèse auditive.
  • la Powerzink de Shanghai en Chine Il produit des batteries qui se sont avérées très efficaces pour les scooters électriques et vélos électriques; voir: PDF.

Au cours du développement du Zn / air batterie rechargeable

Les premières batteries de ce type ont été décrits dans un article IEEE, 1995.[2]

De nos jours, les piles zinc-air rechargeables ne sont pas disponibles dans le commerce. Les projets en cours de développement ont une énergie spécifique allant de 100 à 150 Wh / kg, réalisé avec des composants à faible coût. Actuellement, la recherche effectuée dans l'Institut Paul Scherrer - Laboratoire de électrochimie, en collaboration avec les organisations suisses et étrangères, ils conduit au développement, en tant que démonstrateur technologique, avec une batterie rechargeable avec une spécification énergie supérieure à 100 Wh / kg. Étant donné que les composants de la batterie de Zn / air sont à faible coût et les systèmes aqueux sont généralement moins chers à produire que ceux qui sont incorporés dans un polymère (batteries lithium-ion), on pense que nous pouvons produire cette batterie à des prix compétitifs .

La principale difficulté dans la construction des piles zinc-air rechargeables se produit électriquement à la stabilité des électrodes en zinc et des électrodes poreuses à la diffusion de l'oxygène (qui actuellement sont fabriqués en carbone). l'électrode de carbone est libéré de l'oxygène (pour la réduction de zinc) pour l'absorption des électrons courant électrique) Pendant la charge, et est réabsorbé à la place du zinc lors de la décharge (zinc oxyde). Le groupe de recherche PSI a réussi à développer des électrodes des deux types de surface poreuse super-rugueuse, tels que des modules pour assembler une batterie de démonstration, apparemment une batterie traditionnelle de voiture, mais beaucoup plus léger, 12 volt, avec une capacité de délivrer une intensité de 20 ampère-heure.[3][4]

Il est en cours d'évaluation, tel que le catalyseur de réduction d'oxygène, un composé appartenant au groupe de pérovskites.[5]

notes

Articles connexes

  • Accumulator charge électrique
  • voiture électrique
  • rechargeable
  • hydrogène Economie
  • économie zinc

liens externes