Çinko Bazlı Piller
Lityum-iyon piller, elektronik cihazlar ve elektrikli araçlar için tercih edilebilir, ancak bunların reaktifliği ve çevresel tehlikeleri, bilim insanlarının çinko bazlı piller gibi alternatifleri keşfetmesine neden oluyor.
Lityum-iyon piller, taşınabilir elektronik ve elektrikli araçlarda kullanılan birincil enerji depolama cihazlarıdır. Bir alkali metal olan lityum, yumuşak, gümüş-beyaz bir dokuya ve tüm metaller arasında en düşük yoğunluğa sahiptir. Yüksek reaktivitesi onu özellikle pil endüstrisindeki çeşitli uygulamalar için değerli kılmaktadır. Ancak son derece yanıcıdır ve dikkatli kullanılmadığı takdirde önemli çevresel tehlikeler oluşturur. Bu çevresel kaygıyı gidermek için araştırmacılar, çevre dostu ve yer kabuğunda kolayca bulunabilen alternatif seçenekleri aktif olarak araştırıyorlar. Böyle bir alternatif, Li bazlı pillerin yerine Zn bazlı elektrokimyada umut verici sonuçlar veren, bol miktarda bulunan bir metal olan çinkodur.
Çinko, kadmiyum ve cıva da dahil olmak üzere periyodik tablonun 12 numaralı geçiş metal grubuna ait metalik bir elementtir. Atom numarası 30, atom yarıçapı 135 pm ve atom ağırlığı 65,39 olan çinkonun yoğunluğu 7,14 g/cm3'tür. Saf haliyle çinko gümüşi gri renkte görünür, ancak havayla temas ettiğinde oksidasyona uğrar ve donuk gri bir renk alır. Çinko en çok bulunan 24. elementtir ve korozyonu önlemek için demir ve çelik yüzeylerin kaplanmasını içeren galvanizlemede yaygın olarak kullanılır. Son araştırmalar çinkonun, Zn bazlı pillerde önemli bir bileşen olma potansiyeline sahip olabileceğini gösteriyor.
Li-ion ve Çinko Piller Arasındaki Farklar
Kimya
Lityum bazlı piller, anot ve katotun aktif malzemesi olarak lityum bileşiklerini kullanır. Buna karşılık çinko bazlı piller, anotta çinko ve katotta manganez dioksit kullanır.
Lityum iyon ve polimer piller de dahil olmak üzere lityum bazlı piller, hem anotta hem de katotta aktif malzeme olarak lityum bileşiklerini kullanır. Tipik olarak anot, lityum içeren bir bileşikle kaplanmış grafitten yapılırken katot tipik olarak lityum kobalt, lityum demir fosfat veya lityum manganez gibi bir metal oksitten oluşur. Öte yandan, çinko-karbon ve alkalin gibi çinko bazlı piller, anot olarak çinko ve katot olarak manganez dioksit kullanır ve elektrolit olarak potasyum hidroksit gibi alkalin bir çözelti kullanılır.
Lityum bazlı ve çinko bazlı pillerin anot ve katotlarında belirli malzemeler kullanıldığı yönündeki genelleme genellikle doğru olsa da, bu kategoriler içerisinde sapmalar veya farklılıklar olabilir. Diğer pil türlerinin anot ve katotlarında tamamen farklı malzemeler bulunabilir ve özelliklerini ve potansiyel uygulamalarını incelerken her pil türünün ayırt edici özelliklerini dikkate almak kritik öneme sahiptir.
Enerji yoğunluğu
Lityum bazlı piller genellikle çinko bazlı pillerden daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir ve bu da onların daha fazla enerji depolamasına olanak tanır. Bunun nedeni, önemli miktarda enerjiyi küçük bir alanda depolayabilen lityum bazlı pillerde hafif ve oldukça reaktif malzemelerin kullanılmasıdır. Öte yandan çinko bazlı piller, çinkonun lityumdan daha ağır ve daha az reaktif bir malzeme olması nedeniyle daha düşük enerji yoğunluğuna sahiptir ve bu da depolanabilecek enerji miktarını sınırlar.
Ancak pilin enerji yoğunluğu performansını belirleyen tek faktör değildir. Pilin kapasitesi, voltajı ve iç direnci de ne kadar enerji iletebileceğini ve bunu ne kadar hızlı iletebileceğini belirlemede önemli rol oynar. Üstelik, farklı pil türleri, enerji yoğunluğu, güç çıkışı ve diğer performans faktörleri arasında değişen değiş tokuşlara sahip olabilir; bu da belirli bir pilin belirli bir uygulama için uygunluğunu, yalnızca kimyasının ötesinde çeşitli faktörlere bağlı hale getirir.
Pil Ömrü
Lityum bazlı piller, bozulmadan daha fazla şarj ve deşarj döngüsüne dayanabildikleri için genellikle çinko bazlı pillere göre daha uzun ömürlüdür.
Lityum bazlı pillerin ömrü, pilin anot ve katotunda kullanılan lityumdan daha sağlam ve dayanıklı malzemelerin doğası gereği bozulmadan daha fazla şarj ve deşarj döngüsüne dayanabilmeleri nedeniyle genellikle çinko bazlı pillerden daha uzundur. bazlı piller. Çinko bazlı piller ise derin deşarj veya aşırı şarj gibi yüksek stresli koşullara maruz kaldıklarında bozulmaya daha yatkındır. Pilin ömrünün kullanım, sıcaklık ve saklama koşulları gibi çeşitli faktörlerden etkilendiğini unutmamak önemlidir. Bu nedenle, uygun pil yönetimi ve bakımı, hem lityum bazlı hem de çinko bazlı pillerin ömrünü önemli ölçüde artırabilir.
Güç çıkışı
Çinko bazlı piller, lityum bazlı pillerden daha düşük güç çıkışına sahiptir, bu da onları uzaktan kumanda veya el feneri gibi düşük güçlü uygulamalar için daha uygun hale getirir.
Çinko bazlı pillerin, lityum bazlı pillere kıyasla daha düşük güç çıkışına sahip olduğu biliniyor. Watt veya miliwatt cinsinden ölçülen güç çıkışı, bir pilin enerji sağlama hızıdır. Lityum bazlı pillerin daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha düşük iç direnci, daha hızlı ve verimli enerji sağlamalarına olanak tanıyarak daha yüksek güç çıkışı sağlar. Ancak pilin performansını belirleyen tek faktör güç çıkışı değildir; kapasitesi, voltajı ve iç direnci de önemli rol oynar. Örneğin, daha yüksek kapasiteli çinko bazlı bir pil, daha düşük güç çıkışına sahip olmasına rağmen, daha düşük kapasiteli lityum bazlı bir pilden daha fazla toplam enerji sağlayabilir. Bu nedenle, belirli bir uygulama için uygun pilin seçilmesi, yalnızca kimyasının değil, performansının tüm ilgili yönlerinin dikkate alınmasını gerektirir.
Pil Malzemelerinin Maliyeti
Çinko, lityumdan daha bol ve daha ucuz bir malzeme olduğundan, çinko bazlı piller genellikle lityum bazlı pillerden daha ucuzdur. Çinko bazlı piller genellikle lityum bazlı pillerden daha ekonomiktir. Çinkonun bolluğu ve yaygın kullanımı, onu nadir ve daha pahalı bir malzeme olan lityumdan daha ucuz hale getiriyor. Ancak bir pilin maliyetinin ham maddelerin ötesinde çeşitli faktörlere bağlı olduğunu unutmamak önemlidir. Üretim maliyeti, pil tasarımının karmaşıklığı ve seri üretim ölçek ekonomileri de pilin fiyatını etkiler. Ayrıca, üretim süreçlerindeki ilerlemeler ve artan üretim hacimleri, son yıllarda lityum bazlı pillerin maliyetini önemli ölçüde düşürerek, lityum bazlı ve çinko bazlı piller arasındaki maliyet farkını kapattı.
Pil Güvenliği
Lityum bazlı piller, çinko bazlı pillere göre aşırı ısınmaya ve alev almaya daha yatkındır, ancak her iki pil türü de yanlış kullanıldığında güvenlik riskleri oluşturabilir.
Lityum bazlı piller, kimyasında kullanılan malzemelerin aşırı şarj veya yüksek sıcaklık gibi belirli koşullara maruz kaldığında ısı üretebilen reaktif doğası nedeniyle çinko bazlı pillere göre aşırı ısınmaya ve alev almaya daha yatkındır. Aşırı ısınmanın sonucu, patlamaya veya yangına yol açabilecek bir termal kaçak reaksiyonudur.
Bununla birlikte, her iki pil türü de kötüye kullanılması veya yanlış kullanılması durumunda güvenlik riskleri oluşturabilir. Çinko bazlı piller genellikle aşırı ısınmaya daha az eğilimli olsa da, aşırı koşullara maruz kaldıklarında veya hasar gördüklerinde de alev alabilirler. Her türlü pilin potansiyel güvenlik tehlikelerini azaltmak için üreticinin talimatlarına uymak, pilleri doğru şekilde şarj edip boşaltmak, zorlu koşullara maruz bırakmaktan kaçınmak ve yerel düzenlemelere uygun şekilde imha etmek hayati önem taşımaktadır.
Çevresel Etki
Çinko daha kolay geri dönüştürülebilir ve lityumdan daha az toksik olduğundan, çinko bazlı piller genellikle lityum bazlı pillere göre daha çevre dostu olarak kabul edilir.
Çinko bazlı pillerin geri dönüşümü nispeten basit ve uygun maliyetlidir; çünkü çinko bol miktarda bulunur, yaygın olarak kullanılır ve kolayca geri dönüştürülebilir ve lityumdan daha düşük çevresel etkiye sahiptir. Ancak lityum bazlı piller, karmaşık kimyaları ve özel geri dönüşüm süreçleri nedeniyle daha önemli zorluklar ortaya çıkarıyor ve bu pillerin geri dönüştürülmesini zorlaştırıyor. Lityum madenciliği ve üretimi, suyun tükenmesi ve toprağın bozulması gibi olumsuz çevresel etkilere neden olabilir. Bununla birlikte, lityum bazlı piller için sürdürülebilir ve verimli üretim ve geri dönüşüm yöntemlerinin geliştirilmesine yönelik çabalar devam etmektedir. Çinko bazlı pillerin genellikle lityum bazlı pillerden daha çevre dostu olduğu düşünülürken, herhangi bir pilin genel çevresel etkisi, pilin özel tasarımı ve kimyası, kullanılan malzemeler ve kullanılan üretim ve geri dönüşüm süreçleri dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır.
Çinko Bazlı Pillerdeki Gelişmeler
Çinko bazlı piller, lityum iyon pillere göre daha uygun maliyetli ve sürdürülebilir bir alternatif sunma potansiyelleri nedeniyle son yıllarda birçok araştırmanın odak noktası olmuştur. Çinko bazlı pillerdeki mevcut gelişmelerden bazıları şunlardır:
Çinko-hava Piller
Çinko-hava pilleri, anot olarak çinkoyu, katot olarak havadan gelen oksijeni ve ikisi arasındaki iyon transferini kolaylaştırmak için bir elektroliti kullanan bir tür metal-hava pilidir. Bu piller yüksek enerji yoğunluğuna sahip olup elektrikli araçlar ve diğer uygulamalar için umut vericidir. Şekil 1 çinko-hava bataryasının yapısının bir diyagramını göstermektedir.
Çinko İyon Piller
Çinko iyon piller, enerjiyi depolamak ve serbest bırakmak için lityum iyonları yerine çinko iyonlarını kullanır. Çinkonun bol olması, düşük maliyetli olması ve çevre dostu olması nedeniyle lityum iyon pillere umut verici bir alternatif olarak kabul ediliyorlar. Çinko-iyon piller ayrıca lityum-iyon pillere göre daha stabildir ve daha uzun ömürlüdür. Şekil 2 çinko iyon pillerin yapısını göstermektedir.
Çinko-manganez Piller
Çinko-manganez piller, anot olarak çinko, katot olarak manganez dioksit ve alkalin elektrolit kullanan bir tür alkalin pildir. El fenerleri ve uzaktan kumandalar gibi ev aletlerinde yaygın olarak kullanılırlar. Şekil 3, katot olarak manganez dioksit içeren çinko bazlı bir pili göstermektedir.
Çinko-karbon Piller
Çinko-karbon piller, birincil pillerin en eski ve en yaygın türlerinden biridir. Elektrik üretmek için çinko anot, karbon katot ve elektrolit kullanıyorlar. Düşük enerji yoğunluğuna sahip olmalarına ve şarj edilebilir olmamalarına rağmen, saatler ve uzaktan kumandalar gibi düşük enerji tüketen cihazlarda yaygın olarak kullanılırlar. Şekil 3 çinko-karbon pilinin bir diyagramını göstermektedir.0
Genel olarak çinko bazlı pillerdeki mevcut gelişmeler enerji yoğunluğunu, çevrim ömrünü ve güvenliğini artırmaya odaklanıyor. Araştırmacılar ayrıca performanslarını artırmak ve maliyetleri azaltmak için yeni malzeme ve tasarımlar araştırıyorlar.
Kaynak:
