Pila de Zinc-aire

La batería zinc-aire (o batería recargable, zinc-aire) es una batería recargable que utiliza un cátodo el oxígeno en el aire (que recibe electrones, reduciéndolo) y un ánodo de zinc (que libera electrones, se oxidan); de manera similar a las otras baterías, el movimiento de los electrones produce una diferencia de potencial y de voltaje eléctrico que puede servir para alimentar varios tipos de circuitos eléctricos.

Los acumuladores de Zinc - aire pertenecen a la categoría de pilas de combustible, donde el zinc es el combustible y el oxígeno es el oxidante. Cuando las superficies de los electrodos de zinc metálico se han oxidado (convirtiéndose en óxido de zinc), la batería se puede considerar "descargada" . La batería no puede ser recargada por el usuario, pero debe ser reemplazada "sobre la marcha" por otro paquete de estas nuevas baterías. El viejo paquete se "recarga" por separado (en realidad el dióxido de zinc se "regenera" , es decir, con un procedimiento electroquímico se reduce a zinc metálico) en la industria o en la estación de servicio automatizada que se ocupará de este ciclo industrial. Un kilogramo de batería de zinc - aire proporciona aproximadamente 110-200 vatios; esto es igual a aproximadamente 6.8-10.2 veces La densidad de energía de un acumulador de plomo-ácido común (el más utilizado en automóviles). En teoría, tras las mejoras tecnológicas, se podrían lograr densidades de energía de hasta 1000 Wh/kg. Además, el coste de producción es inferior al de los acumuladores de plomo - ácido.

Las reacciones que tienen lugar dentro de una pila de zinc-aire son las siguientes: así que la reacción general es la siguiente:

En 1999, un vehículo (Mercedes MB - 410 van) equipado con baterías de zinc - aire fue capaz de superar el tramo alpino de la autopista entre Turín y Lyon, asegurando una autonomía de unos 500 km. Sobre el balance energético total (la transformación de la energía contenida en el petróleo en la energía mecánica disponible en el vehículo), el sistema tradicional de gasolina ha proporcionado rendimientos del 13%, mientras que el que implica la transformación de la energía química del petróleo en electricidad, y su posterior almacenamiento en la batería, zinc - aire, y el uso de motores eléctricos, ha proporcionado rendimientos del 16%. Obviamente, como es electricidad, nadie prohíbe producirla con centrales hidroeléctricas, con paneles solares, con generadores eólicos o con reactores nucleares, conectándolos siempre a la industria que "regenera" la pila de zinc - aire. Cabe destacar que dado que se utiliza un motor eléctrico con una eficiencia media del 90% en lugar de un motor de combustión con una eficiencia media del 30%, el costo por km es 3 veces menor. Actualmente, en vista de la mala vida de la batería de iones de litio, que a temperatura ambiente (25°C) pierde aproximadamente el 20% de su capacidad de carga cada año, y la batería de iones de litio parece ser más adecuada para climas fríos), en algunos modelos de automóviles eléctricos está utilizando baterías de zinc - aire como una posible alternativa rentable, tanto desde el punto de vista económico, el de la relación de carga, siempre que el peso de la batería. La característica principal es no incendiarse bajo ninguna condición. La velocidad de combustión del zinc depende principalmente de la presión atmosférica y el porcentaje de oxígeno atmosférico (19% constante), la temperatura, la humedad y la velocidad de oxidación de la batería. En comparación con los acumuladores de ácido sulfúrico de plomo, tiene la ventaja de no liberar ácidos ardientes si la batería se abre o daña imprudentemente en una colisión.

Una de las fuentes de hidrógeno propuestas para la economía del hidrógeno es la electrólisis del agua, gracias a la electricidad producida por la energía eólica y la energía hidroeléctrica. Este procedimiento, además del hidrógeno, también conduce al oxígeno. Las altas presiones de oxígeno, la presencia de ozono y las altas temperaturas parecen aumentar el rendimiento, tanto de la potencia máxima como de la capacidad total de suministro de energía, de la pila de zinc - aire. En este caso, añadiendo al sistema de baterías de zinc-aire un medidor de entrada de oxígeno-medición con la posibilidad de enriquecer la mezcla sacándola de un cilindro, se podría lograr una especie de sobrealimentación de la batería de zinc - aire.

En Italia estas baterías, en las dimensiones, tipo y voltaje (~ 12 V) necesarios para el coche, son diseñados y construidos por Edison de Trofarello, en la provincia de Turín.

Las primeras baterías de este tipo se describieron en un artículo de IEEE de 1995. Hoy en día las baterías recargables de zinc-aire no están disponibles comercialmente. Los proyectos en desarrollo tienen una energía específica que va de 100 a 150 Wh/kg, lograda con componentes de bajo costo. Actualmente, la investigación llevada a cabo en el Instituto Paul Scherrer - Laboratorio de Electroquímica, en colaboración con cuerpos suizos y extraños, ha llevado al desarrollo, como demostrador tecnológico, de una batería recargable con una energía específica de más de 100 Wh/kg. Dado que los componentes de la batería Zn/aria son de bajo costo y los sistemas acuosos son generalmente más baratos de producir que los incorporados en un polímero (baterías de iones de litio), se cree que esta batería se puede producir a precios competitivos. La principal dificultad en la construcción de baterías de zinc - aire recargables eléctricamente se encuentra en la estabilidad de los electrodos de zinc y los electrodos porosos para la difusión de oxígeno (que actualmente están hechos de carbono). En el electrodo de carbono, el oxígeno es liberado (por reducción de zinc) por absorción de electrones de corriente eléctrica) durante la carga, y en su lugar es reabsorbido por el zinc durante la descarga (el zinc se oxida). El equipo de investigación de PSI logró desarrollar electrodos de ambos tipos con superficie porosa Super-arrugados, para montarlos como módulos de una batería de demostración, aparentemente una batería de coche tradicional, pero mucho más ligera, a partir de 12 voltios, con la capacidad de entregar una intensidad de 20 amperios. Un compuesto perteneciente al grupo perovskita está siendo evaluado como catalizador para la reducción de oxígeno.

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