Zinkzellen mit kleinen Brüchen. Hohe Energiedichte und Tausende von Arbeitszyklen
Lithium-Ionen-Batterien sind der absolute Standard und Benchmark in der Energiespeicherung. Forscher suchen jedoch ständig nach Elementen, die eine mindestens ähnliche Leistung bei viel niedrigeren Herstellungskosten bieten. Eines der vielversprechenden Elemente ist Zink (Zn).
Zn-x-Batterien sind und bleiben sehr günstig. Sie müssen nur bezahlt werden.
Zinkvorkommen sind auf der ganzen Welt verstreut, wir finden sie auch in Polen – als Gesellschaft haben wir sie vom 2020 (!) Jahrhundert bis Ende 12,9 Jahre ausgebeutet. Zink ist ein billiges Metall und leichter zu beschaffen als Lithium, da es in der Industrie nützlich ist. Die weltweite Produktion liegt im Millionenbereich (2019 Millionen in 82) und nicht wie angenommen bei Zehntausenden von Tonnen (2020 Tausend in XNUMX). Platz im Brief. Darüber hinaus ist Zink seit dem XNUMX. Jahrhundert die Basis von Zellen und wird immer noch in Einwegzellen verwendet (z. B. Alkalizellen auf Basis von Zinkoxid und Mangan).
Das Problem besteht darin, die Zinkzellen auch nach einigen hundert Zyklen zum Laufen zu bringen und dabei die geplante Leistung beizubehalten.. Der Ladevorgang einer Zinkanodenbatterie führt zu einer unregelmäßigen Ablagerung von Metallatomen auf der Elektrode, die wir als dendritisches Wachstum bezeichnen. Die Dendriten wachsen, bis sie die Separatoren durchdringen, die zweite Elektrode erreichen, einen Kurzschluss verursachen und den Zelltod verursachen.
Im Mai 2021 wurde eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht, die das Verhalten einer Zelle mit einem mit Fluorsalzen angereicherten Elektrolyten beschrieb. Die Salze reagierten mit Zink auf der Anodenoberfläche unter Bildung von Zinkfluorid. Die Verbindungsschicht war ionendurchlässig, blockierte jedoch die Dendriten.. Allerdings wollte das so geschützte Element die Ladung nicht wirklich zurückgeben (es hatte einen hohen Innenwiderstand, die Quelle).
Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Reaktivität wird in einer anderen Forschungsarbeit über Zinkzellkathoden auf Basis von Kupfer, Phosphor und Schwefel beschrieben. Auswirkungen? Während die Standard-Zinkzelle Energiedichten bis zu 0,075 kWh/kg liefert, verfügen die neuesten Zink-Luft-Zellen über neue Kathoden versprechen 0,46 kWh/kg. Im Gegensatz zu früheren Zn-Luft-Zellen, die normalerweise wegwerfbar waren, sollten sie langlebig sein Tausende von Arbeitszyklen, also für industrielle Anwendungen geeignet (Quelle).
Wenn alle Entdeckungen kombiniert, validiert und in der Produktion gesteigert werden könnten, könnten Zinkzellen in Zukunft die Basis für günstige Energiespeicher sein.
Fotoöffnung: wiederverwendbare Zinkbatterie („Alkaline-Batterie“). Abhängig von der Entladungstiefe hält es mehreren bis mehreren hundert Schaltzyklen stand (c) Lukas A CZE
Anmerkung des Herausgebers www.elektrowoz.pl: In der englischsprachigen Literatur werden Luft-Zink-Zellen Brennstoffzellen genannt, weil sie der Luft Sauerstoff entziehen. Aus unserer Sicht spielt es keine große Rolle, ob der Vorgang reversibel ist, d. h. Zellen können viele Male geladen und entladen werden.
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