Análisis exhaustivo de las pilas de zinc-aire: una nueva tecnología de pilas

Como tipo de pilas metal-aire, las pilas zinc-aire se consideran un posible sistema de almacenamiento de energía en el futuro, y la investigación relacionada con ellas también está avanzando. Este artículo le ofrecerá una introducción detallada a las pilas de zinc-aire desde sus principios, aplicaciones, preguntas frecuentes y análisis comparativo con las pilas de litio.

1.¿Qué tipo de pila es una zinc-aire? 2.¿Las pilas de zinc-aire son de litio?

Las pilas zinc-aire son conocidas como un tipo de pilas metal-aire. Las pilas zinc-aire utilizan el oxígeno del aire como oxidante para alimentar un electrodo de zinc. Por lo tanto, estas innovadoras pilas utilizan la energía del aire para crear electricidad. Las pilas zinc-aire son diferentes de las pilas de litio. Las pilas de zinc-aire pueden dividirse en pilas primarias y pilas secundarias. Por otro lado, se pueden recargar las pilas de iones de litio.

2.¿Cuántos voltios proporciona una pila de zinc-aire?

En el momento de su fabricación, la tensión que posee una pila de zinc-aire sin junta es de aproximadamente 1,4 voltios. Éste es el voltaje cuando el circuito está abierto y en reposo. Cuando se descargan las pilas, la tensión de funcionamiento dependerá de la carga que se les aplique y de la temperatura. Por lo general, el voltaje de una pila de zinc-aire durante el funcionamiento se sitúa en el rango de 1,0 a 1,25 voltios.

3.¿Cómo funcionan las pilas de zinc-aire?

Una pila de zinc-aire es un tipo de pila que funciona según el principio seguido por las pilas convencionales. Las pilas de zinc-aire producen energía mediante reacciones químicas. La pila zinc-aire utiliza un reactante (oxígeno) del aire exterior en lugar de combinarlo dentro de la célula. El viaje de la molécula de oxígeno hacia el interior de la célula comienza con su entrada por los orificios superiores incrustados en un electrodo con carga positiva hecho de carbono poroso. 

El hidroxilo es uno de los subproductos que se forman cuando el agua, en presencia de otras moléculas en la superficie del electrodo, reacciona con este oxígeno entrante. El ánodo de gel de zinc cargado negativamente atrae las moléculas de hidroxilo, que son atraídas hacia él moviéndose a través del separador de aire. El hidroxilo reacciona entonces con el zinc para formar zincato, que se descompone en dos moléculas: óxido de zinc y una molécula de agua. Estas moléculas liberan entonces dos electrones para alimentar el dispositivo deseado.

4.¿Para qué se utilizan las pilas de zinc-aire?

Existen varias aplicaciones para las pilas de zinc-aire. Algunas de las más populares son las siguientes: Las pilas de zinc-aire pueden proporcionar una forma cómoda y eficaz de alimentar sus audífonos, buscapersonas o dispositivos médicos.También tienen usos muy atractivos en las baterías temporales de los teléfonos móviles. Las pilas de zinc-aire se utilizan mucho en el campo de la relojería, pero también pueden verse como células de señalización remota en telecomunicaciones y ferrocarriles. Los tipos más grandes se han empleado para lámparas de seguridad en obras de construcción. También puede utilizar pilas de zinc-aire para alimentar sus vallas eléctricas.

5.¿Cuánto duran las pilas de zinc-aire?

Aunque no existe una fórmula fija para determinar cuánto duran las pilas de zinc-aire, entre los factores que afectan a su vida útil se encuentran los:
● Peso
● Duración del uso
● Temperatura
● Densidad de tensión a la que se carga una batería.
● El entorno en el que se utiliza (la humedad es indeseable).

En general, las pilas de zinc-aire tienen una vida útil de 2 a 3 años si se utilizan en un entorno seco y a temperatura ambiente. Por otro lado, como batería recargable, las baterías de iones de litio tienen un ciclo de vida de hasta 10 años cuando se cargan y descargan una media de una vez al día. Por tanto, baterías de litio para carritos de golf pueden prolongar la vida útil de las baterías de los carritos de golf.

6.¿Son buenas las pilas de zinc-aire? 7.¿Cuál es la principal ventaja de una pila de zinc-aire?

Algunas de las principales ventajas de las pilas de zinc-aire son las siguientes:

① Tensión de descarga plana

Una curva de descarga plana es una gran ventaja para las pilas de zinc-aire. A medida que tu dispositivo utiliza su fuente de alimentación, el voltaje se mantiene estable en los mismos niveles.

② Bajo coste

El bajo coste es beneficioso en las pilas de zinc-aire en comparación con otras alternativas porque es más asequible.

③ Buena conservación

Las pilas de zinc-aire tienen una vida útil excelente, de entre 1.500 y 2.000 ciclos, pero no tan buena como los 4.000 ciclos de las pilas de iones de litio.

④ Alta densidad volumétrica de energía

La alta densidad de energía volumétrica es beneficiosa en las pilas de zinc-aire por su capacidad de almacenar el doble de energía que otras pilas de dimensiones y peso similares. Sin embargo, las pilas de iones de litio también tienen una alta densidad energética, incluso superior a la de las pilas de zinc-aire.

7.¿Se pueden recargar las pilas de zinc-aire?

Las pilas de zinc-aire no son recargables, mientras que las pilas de combustible de zinc-aire son recargables mecánicamente. La razón es que el zinc se oxida y se agota. Esto hace que la pila de zinc-aire no sea recargable. Algunos diseñadores han encontrado una solución inteligente al problema de las pilas no recargables. Han sustituido el elemento clave zinc por catalizadores minerales de tierras raras para realizar la recarga. Estos diseños pueden ser costosos y mucho más complejos.

8.¿Cuánto cuestan las pilas de zinc-aire?

El bajo coste de producción de las pilas de zinc-aire ha aumentado recientemente su popularidad. Estos tipos se consideran a menudo un sustituto de otros sistemas de baterías más tradicionales. Porque ofrecen la misma potencia con menos peso y volumen necesarios por KWh producido. Una batería de zinc-aire cuesta menos de $45 por kilovatio-hora. Esto es mucho menos que otros sistemas de baterías, como las de iones de litio, alcalinas y de níquel-cadmio. Sin embargo, su sensibilidad a factores externos como la temperatura y la humedad limita su uso, lo que hace que no esté tan extendido como las pilas de iones de litio.

9.¿Son las pilas de zinc mejores que las de litio? 10.¿Son las pilas de zinc-aire el futuro?

En teoría, las pilas de zinc-aire son mejores que las de iones de litio en algunos aspectos. Algunas de las principales son las siguientes:

El coste de las pilas de zinc-aire es cinco veces inferior al de las pilas de iones de litio. Sin embargo, la tecnología actual de las pilas aún presenta muchas deficiencias, y el coste de las pilas de zinc-aire optimizadas puede ser más caro que el de las pilas de iones de litio comercializadas. En una pila de zinc-aire, el aire reacciona para crear energía. Esto ayuda a ahorrar espacio y permite reducir el tamaño y el peso, lo cual es importante para cualquier pila. Por otro lado, las pilas de litio en estado sólido pueden simplificar el embalaje, y la densidad de energía volumétrica es más de 70% superior a la de las pilas de litio líquido, lo que es mejor que las pilas de zinc-aire.

La pila de zinc-aire puede ser una alternativa segura a las pilas líquidas de iones de litio. La pila de zinc-aire tiene cero compuestos nocivos y baja autorreactividad, por lo que no es fácil que se dispare por accidente. La reciente aparición de las pilas de litio en estado sólido también ha resuelto los problemas de seguridad de las pilas de litio líquido tradicionales, y tiene tanto una alta densidad energética como un alto rendimiento. En comparación con las pilas de zinc-aire, tiene una vida útil más larga y campos de aplicación más amplios. Se pueden reciclar las pilas de zinc-aire sin dañar el medio ambiente e incluso recargarlas utilizando zinc nuevo. Pero, de hecho, el uso de nuevos equipos de reciclaje y procesamiento de pilas de litio también permite recuperar y reciclar productos de pilas de litio de forma respetuosa con el medio ambiente.

En conjunto, la pila de zinc-aire es una pila respetuosa con el medio ambiente, de pequeño tamaño, sin corrosión y de funcionamiento seguro y fiable. Sin embargo, debido al cuello de botella técnico de las pilas de zinc-aire, su aplicación práctica es limitada, por lo que actualmente no puede aplicarse a gran escala. Por el contrario, la aplicación de la pila de litio es relativamente más amplia. Por lo tanto, Batería de litio de 12 VLa batería de iones de litio de 48 V y otras baterías de litio recargables de diferentes especificaciones seguirán siendo la opción óptima para aplicaciones comerciales a gran escala durante mucho tiempo en el futuro.