BATERIAS ZINC LITIO

Batería Zinc-Aire

(Zinc-Air Battery)

C. X, Tene Yépez

Escuela de Ingeniería Automotriz, Facultad de Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Correspondencia. Tel.: 0991259909, E-mail: christian.tene@espoch.edu.ec (C. X, Tene Yepez)

RESUMEN

En este artículo se realizará un estudio sobre las baterías de zinc-aire donde se dará a conocer el funcionamiento de estas baterías.  Se describirá cada uno de sus componentes, y los tipos de baterías zinc-aire que hay actualmente como: baterías primarias, baterías secundarias y baterías mecánicamente recargables. Estas baterías tienen un inconveniente que se ha ido solucionando poco a poco gracias a las mejoras que le van haciendo con el paso del tiempo. Además, entenderemos porque es tan importante el desarrollo de estas baterías ya que están consideradas como el combustible eléctrico del futuro y las sucesoras de las baterías ion-litio y plomo-ácido que actualmente son las más utilizadas en vehículos híbridos y eléctricos. a las características y beneficios que ofrecen.

Palabras clave: zinc-aire, ánodo, cátodo, eléctrico, batería, energía.

ABSTRACT

In this article, a study will be carried out on zinc-air batteries where the operation of these batteries will be announced. Each of its components will be described, and the types of zinc-air batteries that currently exist as: primary batteries, secondary batteries and mechanically rechargeable batteries. These batteries have a problem that has been solved little by little thanks to the improvements that have been made over time. In addition, we will understand why the development of these batteries is so important, since they are considered the electric fuel of the future and the successors of the lithium-ion and lead-acid batteries that are currently the most used in hybrid and electric vehicles by the features and benefits they offer.

Key words: zinc-air, anode, cathode, electrical, battery, energy.

1. INTRODUCCIÓN 

En los vehículos convencionales, así como también, en vehículos eléctricos e híbridos, existen componentes y sistemas que son importantes para que puedan funcionar correctamente uno de estos elementos es la batería que son dispositivos capaces de acumular y suministrar potencia eléctrica para una infinidad de usos, han ido evolucionando con el pasar del tiempo, es por eso que hemos pasado de las baterías desechables a las recargables que han llamado mucho la atención, ya sea por su precio o porque surgieron como una solución al aumento de contaminación por baterías o pilas, haciendo de esta una fuente de energía renovable, la batería es una parte fundamental de los diferentes sistemas que conforman un vehículo. En la última década, la industria automotriz ha tratado lo más posible en reducir contra la contaminación ocasionada muchas veces por la misma, es por eso que se está diseñando nuevas tecnologías en baterias recargables que funciones a base de un metal y aire, todo en pro de cuidar el medio ambiente.

Una de las novedades actualmente es la batería de Zinc-Aire, que es la sucesora de las baterias Ion-Litio, estas baterías tuvieron ciertos inconvenientes con la recarga de energía hace tiempo atrás, es por eso que no fueron tan comercializadas, pero ahora con las mejoras y corregimientos pretenden ser el futuro en la industria automotriz. Las baterías Zinc-Aire nos ofrecen muchas ventajas como, por ejemplo, mayor rendimiento, mayor tiempo de duración, y altas densidades de energía.

Con la aparición de vehículos eléctricos, se hace necesario el uso de una batería más fiable, sostenible y que sea capaz de brindar un rendimiento extendido bajo condiciones extremas, por esta razón estas baterias son consideradas las baterías del futuro, las cuales serán una alternativa muy conveniente para utilizar en medios de transporte eléctricos.

En el presente documento realizaremos una investigación acerca de estas interesantes baterías, y estudiaremos, la clasificación en primarias, secundarias y mecánicamente recargables,  los componentes que conforman estas baterías como el electrolito, el ánodo y el cátodo, sus características, su construcción ya que este utiliza el zinc y el aire para producir energía electroquímica, las ventajas y desventajas que se obtiene al utilizar una batería de Zinc-aire, además de realizar una comparación con otros tipos de baterías que son menos conocidas y por ende menos comercializadas como, por ejemplo, las baterias de aluminio-aire, Litio-aire, etc.

1. METODOLOGÍA

Para el desarrollo de este trabajo investigativo se realizó una revisión sistemática de documentos en varios trabajos científicos relacionados con el campo automotriz, para lo cual se buscó en distintos repositorios sobre temas relacionados con baterías de zinc-aire.

2.1. Batería Zinc-Aire

Las baterías zinc-aire se descubrieron en el siglo XX, pero a partir de 1930 se comenzaron usar, fue una alternativa ya que debido a su composición brindaban ciertas ventajas los primeros usos fueron en señalética ferroviaria, este tipo de baterías pertenecen al grupo de baterías metal-aire donde podemos encontrar otros tipos de baterías que utilizan aire. La batería de zinc- aire es de menor peso y volumen por lo que aumenta su capacidad de almacenamiento y suministra mayor cantidad de energía. Estas baterías están son más utilizadas en dispositivos que requieran una carga continua de baja potencia como, por ejemplo, audífonos inalámbricos, boyas y señalética de tránsito. Como toda nueva tecnología existen demasiadas ventajas e inconvenientes al momento de su uso pero que con el pasar del tiempo se ha ido investigando mas pare reducir los inconvenientes y aumentar las ventajas que ofrecen este tipo de batería. [13]

Estas baterías tienen un solo reactivo sólido que es el zinc y otro reactivo que es el aire, por esta razón una desventaja es que es muy difícil su recarga al contrario de las otras baterías como las de ion-litio que tiene un ciclo de carga rápida, por lo que la solución para este inconveniente es realizar el reemplazo del electrodo para recuperar su capacidad. Estas baterías forman oxido de zinc el cual produce electricidad, obteniendo una energía especifica de 230 W.h/kg y una potencia baja de 105 W/kg, se están introduciendo este tipo de baterías en el campo automotriz por los beneficios que ofrece, pero aún falta para que se puedan usar estas baterías. [16]

2.2. Tipos de batería Zinc-Aire

Podemos clasificar las baterías de zinc-aire en 3 tipos: las baterías primarias, las baterías secundarias y las mecánicamente recargable. Las baterías primarias son de un solo uso de estos encontramos en las pilas para los audífonos. Estas son de bajo costo, brinda alta densidad de energía. Las baterías secundarias también son llamadas baterías recargables eléctricamente, como su nombre lo indica estas pueden ser recargadas eléctricamente una vez descargadas, para que esto sea posible se han desarrollados ánodos de zinc reversibles, también se desarrolló nuevos electrodos de aire con catalizadores bifuncionales para reducir la sobrecarga y así prevenir daños en el cátodo. Las baterías recargables mecánicamente no son más que una batería primaria que permite el reemplazo de su ánodo mecánicamente para que este recupere su carga, así, se evita causar deformaciones en los ánodos por la carga y descargar frecuente. [2]

2.3. Funcionamiento de una batería Zinc-Aire

Para que esta batería funcione debe tener un cátodo de aire el cual esta cubierto de un catalizador este cátodo absorbe el aire que hay a nuestro alrededor, como electrolito se usa un gel polivinilalcohol (PVA), esta batería también costa de una celda de zinc que se llena de mas zinc que de aire siendo el zinc del combustible que es el único que se consume en la descarga. Este tipo de baterías ayuda a reducir la contaminación por baterías, aun así, se ha tratado de buscar una manera mas eficiente de reciclar estas baterías. Además de buscar otras alternativas de batería con un electrodo negativo y otro positivo para que el aire reaccione con él para aumentar las ventajas de las baterías de zinc-aire.[9]

2.4. Componentes de una batería Zinc-Aire

2.4.1 Ánodo de Zinc

En una batería zinc-Aire el ánodo o electrodo negativo esta construido de Zinc metálico en polvo, en lámina o fibra, los cuales pueden contener aditivos para poder mejorar sus propiedades, por las características del zinc se han obtenido grandes investigaciones.[9]

Tabla 1. Características del Zinc.

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