Nikel-çinko pil

1901 yılında Thomas Alva Edison'a şarj edilebilir bir nikel-çinko pil sistemi için 684.204 numaralı ABD patenti verildi.

Batarya daha sonra İrlandalı kimyager Dr. James J. Drumm (1897-1974) tarafından geliştirildi ve Dublin-Bray demiryol hattında kullanılmak üzere 1932-1948 yılları arasında dört adet iki araba Drumm vagon setine kuruldu. Başarılı olmasına rağmen piller tükendiğinde geri çekildi. Erken nikel-çinko piller, az bir deşarj/şarj döngüsü sağladı. 1960'lı yıllarda nikel-çinko pilleri, askeri uygulamalar için gümüş-çinko pillere alternatif olarak araştırılmış ve 1970'lerde yine elektrikli araçlar için ilgi uyandırmıştır.[1] Evercel Inc., nikel-çinko pillerinde geliştirilmiş ve patentli bazı geliştirmeler yapmış ancak 2004 yılında o bölgede geri çekilmiştir.

Nikel-çinko piller 1.2 V NiCd veya NiMH hücrelerine benzer bir şarj/deşarj eğrisine sahiptir, ancak daha yüksek 1.6 V nominal voltaja sahiptir.

Nikel-çinko piller yüksek drenajlı uygulamalarda iyi performans gösterirler ve kütlenin% 25'inden azı kadar yüksek enerji-kütle oranı ve daha yüksek güç/kütle oranı nedeniyle kurşun-asit pilleri değiştirme potansiyeline sahip olabilirler. NiZn, nikel-kadmiyum pillerden daha ucuzdur ve NiCd ile kurşun asit türleri arasında fiyatlandırılması beklenmektedir.[2] NiZn, nikel-kadmiyum yerine kullanılabilir. Avrupa Parlamentosu, kadmiyum esaslı pillerle ilgili yasakları destekledi; Nikel-çinko, elektrikli el aletleri ve diğer uygulamalar için iyi bir alternatiftir. Bir dezavantaj, yaklaşık 30 devirden sonra kendini boşaltma hızının artmasıdır, böylece piller şarjını yeni olduğu sürece tutmaz. Bunun bir problem olmadığı durumlarda NiZn, yüksek güç ve yüksek voltaj gerektiren uygulamalar için iyi bir pil seçeneğidir.

Doğru kullanıldığında, NiZn piller yüzlerce devir boyunca sürebilir.

Kadmiyum hidroksit ile karşılaştırıldığında, çinko hidroksitin çözeltiye çözünme eğilimi ve şarj sırasında tamamen katoda göç etmeme eğilimi, geçmişte, NiZn pilinin ticari canlılığı için zorluklar ortaya koymuştur. Çinko, katı elektroda tamamen geri dönme konusundaki isteksizliği, şekil değiştirme ve dendritler (veya "bıyıklar") olarak ortaya çıkmaktadır; bu da hücre boşaltma performansını düşürebilir veya sonunda hücrenin kısa devre yapmasına neden olabilir, bu da düşük bir çevrim ömrüne neden olur.[3]

Son gelişmeler bu sorunun büyük ölçüde azaltılmasına olanak sağlamıştır. Bu ilerlemeler, elektrot separatör malzemelerindeki gelişmeleri, çinko materyali stabilizatörlerini dahil etmeyi ve elektrolit geliştirmelerini (örneğin fosfatları kullanarak) içerir. PowerGenix, NiCd pillerle karşılaştırılabilen iddia edilen pil ömrü ile 1,6 V pil geliştirdi. Pil ömrü, nominal kapasitenin yüzde 80'inin deşarj derinliğinde ve bir saatlik deşarj akımı hızı varsayılır.[4] Deşarj akımı veya deşarj derinliği azaltıldığında, bir akü için şarj-deşarj döngüsü sayısı artar. NiZn'yi diğer pil teknolojileri ile karşılaştırırken, çevrim ömrü karşılaştırmaları kullanılan deşarj hızı ve deşarj derinliğine bağlı olarak değişebilir.

Nikel-çinko hücreleri, tam şarj olduğunda 1,85 voltluk bir açık devre voltajına ve 1,65 V nominal gerilime sahiptir. Bu, NiZn'i, 1,5 V alkalin birincil hücreleri kullanmak üzere tasarlanmış elektronik ürünler için mükemmel bir yedek yapar. Alkalin piller için tasarlanmış ekipman, taze olduğunda 1.5V'a dayanan bir bitiş noktası voltajının altında düzgün şekilde çalışmaz; NiCd ve NiMH'nin her ikisi de 1.2 V'luk nominal hücre voltajlarına sahiptir ve kapasiteleri olan tüm yüklerini teslim etmeden önce bu son noktaya ulaşacaktır.[5]

Daha güçlü ve 800 çevrelik ömrü olan daha yeni hücreler, elektrikli araçlar için Li-ion pillere alternatif olabilir. Yüksek hücre gerilimi nedeniyle, belirli bir paket voltajı için NiCd ve NiMH'den daha az hücre gereklidir. Ayrıca düşük iç empedansa (genelde 5 miliohms) sahiptir ve bu da 50C'ye kadar yüksek akü deşarj oranları sağlar.

NiZn pilleri, cıva, kurşun veya kadmiyum veya metal hidridleri kullanmaz; bunların hepsi geri dönüştürülmesi zor olabilir. Hem nikel hem de çinko, doğada yaygın olarak bulunan elementlerdir ve tamamen geri dönüştürülebilir.

NiZn hücreleri yanıcı olmayan aktif maddeler veya organik elektrolitler kullanmazlar ve en yeni modeller dendrit problemini azaltan polimerik ayırıcılar kullanır.

Düzgün tasarlanmış NiZn hücreleri çok yüksek güç yoğunluğuna ve düşük sıcaklıkta boşalma performansına sahip olabilirler ve aynı zamanda% 100'e kadar boşaltılabilirler ve sorunsuz olarak şarj edilebilirler. 2017 itibarıyla F'ye kadar boyutlarda ve 50Ah/prizmatik hücre mevcuttu.

Çinko, yerkabuğunda 24. en bol element olan, ucuz ve zengin bir metaldir ve sağlık için tehlikeli değildir. Yaygın oksidasyon +2'dir, bu nedenle şarj ve deşarj NiMH pillerde olduğu gibi iki elektron taşır.

• Çinko-hava pili
• Lityum–hava pili
• Alüminyum pili