Una introducción completa a los tipos de batería en batería secundaria
Sin embargo, la mayoría de las pilas contienen sustancias tóxicas. Por lo tanto, hay que tener en cuenta el impacto ecológico de la eliminación de las pilas. En este artículo se presentan diferentes tipos de batería en baterías secundarias, incluyendo:
● Plomo ácido
● Base de níquel
● Zinc halógeno
● Base aérea metálica
● Sodio-β
● litio
Batería de plomo
Las baterías de plomo-ácido se utilizan como energía comercial desde 1860. Este tipo de baterías utiliza Pb como electrodo negativo, PbO2 como electrodo positivo y H2SO4 como electrolito.
La investigación actual se centra principalmente en reducir el tamaño y el peso de las baterías y mantener una alta densidad energética mediante materiales avanzados de baterías VR de plomo-ácido. Entre los tipos de baterías de plomo-ácido de RV corrientes se encuentran las baterías de fibra de vidrio (AGM) y las baterías de GEL.
La batería AGM se compone de electrolito que contiene fibra de vidrio, que es un material sólido que puede absorber y contener ácido sin fugas. Este tipo de baterías son compactas, ocupan menos espacio y tienen mayor resistencia a las vibraciones que las baterías estándar. La batería GEL está hecha de electrolito gelificado, que está en forma de electrolito sólido incompleto y puede contener ácido sin fugas.
Batería de níquel
El hidróxido de níquel se utiliza como material positivo y negativo en las pilas de níquel. Este tipo de batería se puede dividir en:
● Níquel hierro
● Níquel cadmio
● Níquel zinc
● Hidrógeno níquel
● Ni-H2 [3,14,30,45,62]
Generalmente, en las baterías basadas en níquel, el material activo hidróxido de níquel se utiliza como electrodo positivo, hidróxido de potasio como electrolito y metal Fe/Cd/Zn, MH o H2 como electrodo negativo.
Pila de haluro de zinc
Los tipos de pilas de haluro de zinc incluyen Zn-Cl2 y Zn-Br2, que son viables en el almacenamiento de energía para vehículos eléctricos. En 1970, se desarrolló la Zn-Cl2 para vehículos eléctricos y almacenamiento estático de energía. La densidad energética del Zn-CL2 es de unos 90 Wh/L, y la densidad de potencia es de unos 60 W/kg.
La batería de Zn Br2 es adecuada para el almacenamiento de energía en vehículos eléctricos. Su densidad energética es de 70 Wh/kg, con capacidad de carga rápida y bajo coste de material. En los tipos de batería, la energía se almacena y libera mediante la reacción electroquímica de un sistema compuesto por Zn y Br, que consta de las siguientes partes:
● Zinc
● Bromo
● Electrolito de solución acuosa de bromuro de zinc
● Dispositivo de almacenamiento electrolítico
● Membrana de plástico microporoso
En el sistema de pilas Zn-Br2, el electrolito de solución de bromuro de zinc circula entre los dos electrodos a través de una bomba. Durante la carga, el zinc se deposita en el electrodo negativo y el bromo en el positivo; durante la descarga, se forman iones de zinc e iones de bromo en sus respectivos electrodos.
Batería metálica de aire
El electrodo metálico actúa como ánodo, y el oxígeno se suministra desde el aire inagotable como cátodo. En las pilas de metal-aire se utilizan litio, calcio, magnesio, hierro, aluminio y zinc como metales anódicos.
Entre estos elementos, la batería de litio-aire es la más prometedora para la aplicación en vehículos eléctricos. Porque su densidad energética teórica es muy alta, 11,14kWh/kg. Independientemente del aire, la energía específica de este tipo de batería es más de 100 veces superior a la de otros tipos de baterías. Sin embargo, el riesgo de incendio de este tipo de batería es muy alto. El aire que contiene vapor de agua puede provocar un incendio.
Entre los tipos de batería, la de calcio-aire tiene una alta densidad energética, pero su capacidad decae muy rápidamente y es cara. En general, la batería de magnesio-aire tiene una elevada energía específica de 700 Wh kg. Está diseñada para sustituir el Mg por una aleación de Mg y utilizarse en vehículos submarinos. La batería electroquímica recargable de hierro-aire tiene una energía específica baja, de 75Wh/kg, y un coste inferior en comparación con otras baterías de metal-aire.
La batería de aluminio-aire tiene una energía específica, una tensión en los bornes y una capacidad en amperios-hora elevadas. Sin embargo, estas ventajas de este tipo de batería se reducen debido al consumo de agua durante la descarga. La pila de óxido de aluminio (Al-O2) también puede utilizarse de otras formas. Con la ayuda de Al-O2, la pila de hidrógeno FC tiene casi el doble de energía específica.
La batería de zinc-aire es técnicamente viable. Este tipo de pila presenta diversas características de las pilas FC y convencionales, y puede cargarse eléctrica y mecánicamente. Durante la descarga, el electrodo de zinc se oxida liberando electrones, y el electrodo de aire genera iones hidroxilo. Durante la carga de la pila, el zinc se deposita en el electrodo de zinc, y el oxígeno se libera en el electrodo de aire.
En general, las pilas de metal-aire son una opción para las aplicaciones de almacenamiento de energía recargable por su bajo coste de material y su alto rendimiento.
Batería de sodio-β
El sodio es un material muy atractivo para el ánodo de las pilas. En función del material del cátodo, los tipos de batería de sodio-β se clasifican en baterías de sodio-azufre y baterías de haluro metálico de sodio, respectivamente. La pila de Na-S tiene características de alta temperatura y funciona a 300-350 ℃.
Sin embargo, este tipo de batería tiene una alta resistencia interna y una fuerte corrosividad del Na. La tecnología de las baterías de haluro sódico se aplica a los vehículos eléctricos desde la década de 1990, y su voltaje es superior al de las baterías de Na-S.
Batería de litio
Debido a su alta densidad energética, energía específica y potencia específica, este tipo de batería se considera el más prometedor y el para el almacenamiento de energía. Además, las baterías de litio no tienen memoria ni sustancias nocivas, como el mercurio y el plomo. Este tipo de baterías se consideran las las mejores pilas recargables en la actualidad.
Las baterías de litio están diseñadas en diferentes tipos para aplicaciones de alta temperatura. La batería de litio-azufre tiene la mayor capacidad energética de todas las baterías de litio, pero requiere gestión térmica.
El rango de temperatura de funcionamiento de la batería de litio-azufre es de 375-500 ℃. La batería de litio-azufre de alta temperatura utiliza aleación de litio-aluminio como ánodo, sulfuro de hierro como cátodo y cloruro de litio-potasio fundido como electrolito y diafragma. En estas baterías, la aleación de litio y aluminio se utiliza para controlar la actividad del litio, y el sulfuro de hierro para evitar la corrosión del hierro.
Según los distintos materiales del cátodo, los tipos de pilas de iones de litio se dividen en:
● Manganato de litio (LiMn2O4)
● Fosfato de litio y hierro (LiFePO4)
● Óxido de níquel, manganeso y cobalto (LiNiMnCoO2)
● Óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (LiNiCoAlO2)
● Titanato de litio (Li4Ti5O12)
Conclusión
En comparación, entre todos los tipos de baterías, las de iones de litio tienen ventajas evidentes en energía específica y potencia específica entre las baterías comerciales a gran escala. Además, el desarrollo de materiales de baterías de litio de bajo coste y de sistemas de gestión de baterías ha avanzado en la reducción de los costes de fabricación, lo que contribuirá a una mayor aplicación de las baterías de litio.
Además, también se han aplicado en el mercado otros tipos de baterías, como las avanzadas de plomo-ácido, níquel-cadmio, níquel-hidrógeno, NIH2, zinc-aire, sodio S y NA NiCl2, con características distintivas.
