İçeriğe atla

Alüminyum pili

Alüminyum-hava pilleri (Al-hava pilleri), havadaki oksijenin alüminyum ile reaksiyonundan elektrik üretir. Tüm piller arasında en yüksek enerji yoğunluklarından birine sahiptirler, ancak yüksek anot maliyeti ve geleneksel elektrolitler kullanılırken çıkan yan ürün sorunları nedeniyle yaygın olarak kullanılmazlar. Bu durum, kullanımlarını esas olarak askeri uygulamalarla sınırlamıştır. Bununla birlikte, alüminyum pillere sahip bir elektrikli araç, bir lityum iyon pilin menzilinin sekiz katına kadar potansiyele sahiptir.[1]

Alüminyum-hava pilleri birincil hücrelerdir, yani yeniden doldurulamaz. Alüminyum anot, hidratlanmış alüminyum oksit oluşturmak için su bazlı bir elektrolit içine daldırılmış bir katotta atmosferik oksijen ile reaksiyona girerek tüketildiğinde, pil artık elektrik üretmeyecektir. Bununla birlikte, hidratlı alüminyum oksidin geri dönüştürülmesinden elde edilen yeni alüminyum anotlarla pili yenilemek mümkündür.

Alüminyumla çalışan araçlar uzun süredir tartışılıyor.[2] Hibridizasyon maliyetleri azaltır ve 1989'da elektrikli bir araçta hibritleştirilmiş alüminyum-hava/ kurşun-asit bataryanın yol testleri rapor edildi.[3] Alüminyumla çalışan bir plug-in hibrit minivan, Ontarioda sergilendi.

Mart 2013'te, Phinergy özel bir katot ve potasyum hidroksit kullanarak[4] 330 km kullanılan alüminyum-hava hücreleri kullanan bir elektrikli arabanın tanıtım videosunu yayınladı. 27 Mayıs 2013 tarihinde, İsrail kanalı 10 akşam haber yayını, arkasında Phinergy aküsü olan bir arabanın alüminyum anotların değiştirilmesine gerek duymadan 2.000 kilometre (1.200 mi) gittiğini gösterdi.[5]

Elektrokimya

Anot oksidasyon yarı reaksiyonu Al + 3OH- → Al(OH)3 Al(OH)3 + 3e - -2,31 V.

Katot indirgeme yarı reaksiyonu O2 + 2H2O + 4e - → 4OH- +0,40 V

Toplam reaksiyon 4Al + 3O2 + 6H2O → 4Al(OH)3 +2,71 V.

Bu reaksiyonlar tarafından yaklaşık 1,2 voltluk bir potansiyel fark yaratılır ve bu, elektrolit olarak potasyum hidroksit kullanıldığında elde edilebilir. Tuzlu su elektroliti, hücre başına yaklaşık 0,7 volta ulaşır.

Hücrenin özgül voltajı, elektrolitin bileşimi ve katodun yapısı ve malzemelerine bağlı olarak değişebilir.

Bazıları daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olan lityum-hava, çinko-hava, manganez-hava ve sodyum-hava gibi diğer piller de benzer kullanınıma sahiptirler. Bununla birlikte, alüminyum en kararlı metal olarak çekicidir.[6]

Ticarileştirme

Sorunlar

Araçlar için bir "yakıt" olarak alüminyum, Yang ve Knickle tarafından incelenmiştir.[1] 2002'de şu sonuca vardılar:

Al/hava pil sistemi, benzinle çalışan arabalara benzer şekilde sürüş mesafeleri ve hızlanma için yeterli enerji ve güç üretebilir...anot olarak alüminyumun maliyeti, reaksiyon ürünü geri dönüştürüldüğü sürece 1,1 ABD Doları/kg kadar düşük olabilir . Al/hava elektrikli araçlarda (EV'ler) döngü işlemi sırasındaki toplam yakıt verimliliği, içten yanmalı motorlu araçların (ICE'ler) (%13) ile karşılaştırılabilir şekilde %15 (mevcut aşama) veya %20 (öngörülen) olabilir. Tasarım pil enerji yoğunluğu 1300 Wh/kg (mevcut) veya 2000 Wh/kg (öngörülen) şeklindedir. Değerlendirmek için seçilen batarya sisteminin maliyeti 30 ABD Doları/kW (mevcut) veya 29 ABD Doları/kW'dır (öngörülen). Al/hava EV'lerinin yaşam döngüsü analizi yapıldı ve kurşun/asit ve nikel metal hidrit (NiMH) EV'lerle karşılaştırıldı. Yalnızca Al/hava EV'lerinin, ICE'lerle karşılaştırılabilir bir seyahat aralığına sahip olduğu tahmin edilebilir. Bu analize göre Al/air EV'ler, seyahat menzili, satın alma fiyatı, yakıt maliyeti ve yaşam döngüsü maliyeti açısından ICE'lere kıyasla en umut verici adaylardır.

Al-air pillerini elektrikli araçlara uygun hale getirmek için çözülmesi gereken teknik sorunlar var. Saf alüminyumdan yapılan anot elektrolit tarafından aşındırılır; Hidratlanmış alümina, anotta jel benzeri bir madde oluşturur ve elektrik çıkışını azaltır. Bu nedenle alüminyum genellikle kalay veya diğer elementlerle alaşımlanır. Ayrıca hidrat alüminayı jel yerine toz halinde oluşturan katkı maddeleri geliştirilmiştir.

Modern hava katotları, nikel ızgaralı bir akım toplayıcı, bir katalizör (örn. kobalt ) ve elektrolit sızıntısını önleyen gözenekli bir hidrofobik PTFE film içeren reaktif bir karbon tabakasından oluşur. Havadaki oksijen PTFE'den geçer ve daha sonra hidroksit iyonları oluşturmak için su ile reaksiyona girer. Bu katotlar iyi çalışır, ancak pahalı olabilirler.

Geleneksel Al-air pillerinin sınırlı bir raf ömrü vardı,[7] çünkü alüminyum elektrolitle reaksiyona girdi ve pil kullanılmadığında hidrojen üretti; modern tasarımlarda artık durum böyle değil. Elektrolitin akünün dışında bir tankta saklanması ve ihtiyaç duyulduğunda aküye aktarılmasıyla bu sorunun önüne geçilebilir.

Bu piller telefon santrallerinde yedek pil ve yedek güç kaynağı olarak kullanılabilir.

Diğer bir sorun ise, güç düşmesini önlemek için bataryaya eklenmesi gereken malzemelerin maliyetidir. Alüminyum, pil yapımında kullanılan diğer elementlere kıyasla çok ucuz. Alüminyum, kilogram başına 2,55 dolar, lityum ve nikel ise sırasıyla kilogram başına 15,75 dolar ve 18,75 dolar. Bununla birlikte, tipik olarak alüminyum havasında katotta bir katalizör olarak kullanılan diğer bir element gümüştür ve kilogram başına yaklaşık 773 dolara (2021 fiyatları) mal olur.[8]

Alüminyum-hava pilleri, yüksek enerji yoğunlukları, düşük maliyetleri ve teknelerde ve gemilerde kullanım noktasında emisyonları da olmayan bolluğu nedeniyle denizcilik uygulamaları için etkili bir çözüm olabilir. Phinergy Marine,[9] Log 9 Materials, RiAlAiR[10] ve diğer birçok ticari şirket, deniz ortamında ticari ve askeri uygulamalar üzerinde çalışmaktadır.

Organik çözücü ve iyonik sıvılar gibi alternatif, daha güvenli ve daha yüksek performanslı elektrolitler üzerinde araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmaktadır.[6]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ a b Yang, S. (2002). "Design and analysis of aluminum/air battery system for electric vehicles". Journal of Power Sources. 112 (1): 162–201. Bibcode:2002JPS...112..162Y 13 Nisan 2021 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. doi:10.1016/S0378-7753(02)00370-1.
  2. ^ "The Aluminum-Air Battery". SAE Technical Paper Series. 1. Papers.sae.org. 1983. doi:10.4271/830290. Erişim tarihi: 28 Nisan 2014. 
  3. ^ "Demonstration of Aluminum-Air Fuel Cells in a Road Vehicle". SAE Technical Paper Series. 1. Papers.sae.org. 1989. doi:10.4271/891690. Erişim tarihi: 28 Nisan 2014. 
  4. ^ "Phinergy, Home". Phinergy.com. 9 Şubat 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 29 Nisan 2014. 
  5. ^ "Aluminum-Air Battery Developer Phinergy Partners With Alcoa". Greencarreports.com. 29 Nisan 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Nisan 2014.  Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  6. ^ a b "Al-air: a better battery for EVs?". Automotive Logistics. 3 Şubat 2020. 14 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 14 Mayıs 2021.  Birden fazla yazar-name-list parameters kullanıldı (yardım); Yazar |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
  7. ^ "UK Finance Guide – Loans and finance news for the UK". 3 Ocak 2007 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  8. ^ "Aluminum-air batteries - game changer or hype?, Home". www.sparkanalytics.co. 13 Aralık 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Aralık 2021. 
  9. ^ "Phinergy Marine, Home". Phinergy.com. 11 Mart 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 24 Nisan 2020. 
  10. ^ "RiAlAiR, Home". rialair.com. 8 Aralık 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 24 Nisan 2020. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Lityum iyon pil</span> şarj edilebilir pil türü

Bir lityum-iyon veya Li-iyon pil, enerji depolamak için lityum iyonlarının tersine çevrilebilir indirgemesini kullanan şarj edilebilir pil türüdür. Geleneksel lityum iyon pilinin anodu genelde karbon'dan yapılan grafit'tir. Katot genellikle metal oksit'tir. Elektrolit genelde bir organik çözücü içindeki lityum tuz'udur.

<span class="mw-page-title-main">Pil</span> Pil, kimyasal enerjinin depolanabilmesi ve elektriksel bir forma dönüştürülebilmesi için kullanılan bir aygıttır

Pil, kimyasal enerjinin depolanabilmesi ve elektriksel bir forma dönüştürülebilmesi için kullanılan bir aygıttır. Piller, bir veya daha fazla elektrokimyasal hücre, yakıt hücreleri veya akış hücreleri gibi, elektrokimyasal aygıtlardan oluşur.

Elektrokimya, kimya biliminin bir alt dalı olup elektronik bir iletken ile iyonik bir iletken (elektrolit) arayüzeyinde gerçekleşen reaksiyonları inceler. Elektrokimyada amaç kimyasal enerji ve elektrik enerjisi arasındaki değişimi incelemektir.

<span class="mw-page-title-main">Yakıt hücresi</span>

Alışıla gelmiş elektrik üretim sistemleri yakıtın içindeki enerjiyi elektriğe dönüştürmek için ilk olarak yanma reaksiyonunu kullanır. Yanma reaksiyonunun verimli bir şekilde gerçekleşmesi için yakıtın ve oksitleyicinin (oksijen) tam olarak karışması gerekir. Bundan sonra elektrik enerjisi üretilene kadar bir dizi ara işlem gereklidir. Her ara işlem enerji kaybına yol açar dolayısıyla verimi düşürür.

<span class="mw-page-title-main">Çinko-hava pili</span>

Çinko-hava pili,, tekrar doldurulamayan piller grubunda olup, çinkonun, havanın oksijeni ile oksidasyonu yoluyla çalışırlar. Yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler ve üretilmeleri ekonomiktir. İşitme cihazlarında ve elektrikli araçlarda kullanılırlar.

<span class="mw-page-title-main">Pil tarihi</span>

Yaklaşık 19.yüzyılın sonlarında, elektrikli jeneratörlerin ve elektrikli güç kaynaklarının geliştirilmesinden önce ana elektrik kaynağını piller sağlamaktaydı. Batarya teknolojisinde art arda gelen yenilikler, ilk bilimsel çalışmalardan tutun da, telgraf ve telefonların yükselişini ve nihayet portatif bilgisayarları, cep telefonların, elektrikli arabaları ve diğer birçok elektrikli aletler de dahil elektrik alanındaki başlıca gelişmeleri kolaylaştırmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Lityum polimer pil</span> Polimer elektrolit kullanılan Lityum-iyon pil

Lityum polimer pil veya daha doğrusu lityum-iyon polimer pil, sıvı elektrolit yerine jel polimer elektrolit kullanan, lityum-iyon teknolojisine sahip şarj edilebilir bir pildir. Bu piller, diğer lityum pil türlerinden daha yüksek özgül enerji sağlar ve mobil cihazlar, radyo kontrollü uçaklar ve bazı elektrikli araçlar gibi ağırlığın kritik bir özellik olduğu uygulamalarda kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Cıva pil</span>

Cıva pil şarj edilemeyen bir elektrokimyasal pil, birincil bir pildir. Cıva pilleri, alkalin bir elektrolit içinde merkürik oksit ile çinko elektrotları arasında bir reaksiyon kullanır. Deşarj sırasındaki voltaj 1.35 Volt'ta pratik olarak sabit kalır ve kapasitesi benzer şekilde boyutlandırılmış çinko karbon pilinden daha fazladır. Cıva pilleri saatler, işitme cihazları, kameralar ve hesap makineleri için düğme pilleri biçiminde ve diğer uygulamalar için daha büyük formlarda kullanıldı.

Alkalin pil, çinko ve manganez dioksit (Zn / MnO2) arasındaki reaksiyona bağlı olarak birincil pil türüdür.

<span class="mw-page-title-main">Nikel-metal hidrür pil</span>

Nikel-metal hidrür pil şarj edilebilir bir pil (Akümülatör) türüdür. Pozitif elektrottaki kimyasal reaksiyon hem nikel-kadmiyum piline (NiCd) benzer, hem de nikel oksit hidroksit (NiOOH) kullanılır. Bununla birlikte, negatif elektrotlar kadmiyum yerine bir hidrojen emici alaşım kullanmaktadır. Bir NiMH pil, eşdeğer boyutta bir NiCd kapasitesinin iki ila üç katı olabilir ve enerji yoğunluğu bir lityum iyon pilinkine yaklaşabilir.

<span class="mw-page-title-main">Gümüş oksit pil</span>

Gümüş oksit pil ağırlık oranı açısından çok yüksek bir enerjiye sahip olan bir primer hücredir. Düğme hücreler olarak küçük boyutlarda ya da gümüş oksit kimyasının üstün performansının maliyet unsurlarından daha fazla olduğu geniş özel tasarımlı pillerde mevcuttur. Bu daha büyük hücreler çoğunlukla askeri uygulamalar, örneğin MK-37 Torpido ya da alfa sınıfı denizaltılarda bulunur.

Silikon hava pili Technion - İsrail Teknoloji Enstitüsü'ndeki Grand Technion Enerji Programında Prof. Ein-Eli tarafından yönetilen bir ekip tarafından icat edilen yeni bir pil teknolojisidir.

Kuru pil taşınabilir elektrikli cihazlar için yaygın olarak kullanılan bir pil türüdür. 1886'da Alman bilim insanı Carl Gassner tarafından geliştirildi.

Katı hal pili, lityum iyon veya lityum polimer pillerde bulunan sıvı veya polimer jel elektrolitler yerine katı elektrolit kullanan bir pil teknolojisidir.

Sodyum iyon pil, elektirik yükü taşıyıcıları olarak sodyum iyonlarını kullanan şarj edilebilir pildir. Çalışma prensibi ve hücre yapısı, lityum iyon pil (LIB) türleri ile benzerdir, ancak lityum yerine sodyum kullanılır. SIB'ler, eşitsiz coğrafi dağılım, yüksek çevresel etki ve lityumlu piller için gereken ancak sodyum-iyon pil türü için zorunlu olmayan lityum, kobalt, bakır ve nikel gibi birçok malzemenin yüksek maliyeti nedeniyle 2010'lar ve 2020'lerde ilgi gördü. Sodyum-iyon pillerin en büyük avantajı, sodyumun doğal bolluğudur. SIB'lerin benimsenmesine yönelik zorluklar, düşük enerji yoğunluğu ve yetersiz şarj-deşarj döngülerini içerir.

Lityum demir fosfat (LiFePO4 veya LFP pil (lityum ferrofosfat) pil; Katot olarak lityum demir fosfat (LiFePO4) ve anot olarak metalik arkalıklı bir grafit karbon kullanan bir lityum iyon pildir. Düşük maliyet, yüksek güvenlik, düşük toksisite, uzun döngü ömürleri ve diğer faktörler nedeniyle, LFP pilleri araç kullanımında, şebeke ölçeğinde yedek güç sistemlerinde yer bulmaktadır. LFP piller kobalt içermez. Eylül 2022 itibarıyla EV'ler için LFP tipi pilin pazar payı %31'e ulaştı ve bunun %68'i yalnızca Tesla ve Çinli EV üreticisi BYD üretiminden geldi. Çinli üreticiler şu anda LFP pil tipi üretiminde neredeyse tekele sahiptir. 2022'de patent sürelerinin dolmaya başlaması ve daha ucuz pillere olan talebin artmasıyla LFP tipi üretimin 2028'de lityum nikel manganez kobalt oksit (NMC) tipi pilleri geçecek şekilde artması bekleniyor.

Alüminyum-iyon piller, alüminyum iyonlarının yük taşıyıcı olarak görev yaptığışarj edilebilir bir pil sınıfıdır. Alüminyum, iyon başına üç elektron değiştirebilir. Bu, bir Al3+ eklenmesinin üç Li+ iyonuna eşdeğer olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, Al3+ (0,54 Å ) ve Li+ (0,76 Å) iyon yarıçapları benzer olduğundan, önemli ölçüde daha yüksek sayıda elektron ve Al3+ iyonları katotlar tarafından çok az hasarla kabul edilebilir. Al, Li'nin 50 katı (23,5 megavat-saat m-3) enerji yoğunluğuna sahiptir ve bu kömürden bile yüksektir.

Potasyum-iyon pil, şarj aktarımı için potasyum iyonları kullanan bir pil türüdür ve lityum-iyon pillere analogdur. 2004 yılında İranlı/Amerikalı kimyager Ali Eftekhari tarafından icat edildi.

Lityum-sülfür pil bir tür şarj edilebilir pildir. Yüksek özgül enerjisi ile dikkat çekmektedir. Lityumun düşük atom ağırlığı ve kükürdün orta derecede atom ağırlığı, Li-S pillerin nispeten hafif olduğu anlamına gelir. Ağustos 2008'de Zephyr 6 tarafından en uzun ve en yüksek irtifa insansız güneş enerjisiyle çalışan uçak uçuşunda kullanıldılar.

<span class="mw-page-title-main">Akış pili</span> Akış Bataryası

Akış pili veya redoks akış pili, bir zarın iki tarafında sistemden pompalanan sıvılarda çözünmüş iki kimyasal bileşen tarafından kimyasal enerjinin sağlandığı bir tür elektrokimyasal hücredir. Hücre içindeki iyon transferi, her iki sıvı da kendi ilgili alanlarında dolaşırken zar üzerinden gerçekleşir. Hücre voltajı kimyasal olarak Nernst denklemi ile belirlenir ve pratik uygulamalarda 1,0 ila 2,43 volt arasında değişir. Enerji kapasitesi elektrolit hacminin, güç elektrotların yüzey alanının bir fonksiyonudur.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.