Una batería de níquel-zinc ( batería Ni-Zn o batería NiZn ) es un tipo de batería recargable similar a las baterías de níquel-cadmio , pero con un voltaje superior de 1,6 V.
Los sistemas de baterías de níquel - zinc más grandes se conocen desde hace más de 100 años. Desde el año 2000, el desarrollo de un sistema de electrodos de zinc estabilizado ha hecho que esta tecnología sea viable y competitiva con otros sistemas de baterías recargables disponibles comercialmente. A diferencia de otras tecnologías, no se recomienda la carga lenta .
En 1901, Thomas Alva Edison recibió la patente estadounidense 684.204 por un sistema de batería recargable de níquel-zinc. [1]
La batería fue desarrollada más tarde por el químico irlandés Dr. James J. Drumm (1897-1974), [2] e instalada en cuatro vagones Drumm de dos vagones entre 1932 y 1949 para su uso en la línea ferroviaria Dublín-Bray . Aunque tuvieron éxito, fueron retirados cuando se gastaron las baterías. Las primeras baterías de níquel-zinc proporcionaban sólo una pequeña cantidad de ciclos de descarga-recarga. En la década de 1960 se investigaron las baterías de níquel-zinc como alternativa a las baterías de plata-zinc para aplicaciones militares, y en la década de 1970 volvieron a ser de interés para los vehículos eléctricos. [3] Evercel Inc. desarrolló y patentó varias mejoras en baterías de níquel-zinc, pero se retiró de esa área en 2004. [4]
Las baterías de níquel-zinc tienen una curva de carga-descarga similar a las celdas de NiCd o NiMH de 1,2 V , pero con un voltaje nominal más alto de 1,6 V. [5]
Las baterías de níquel-zinc funcionan bien en aplicaciones de alto consumo y pueden tener el potencial de reemplazar a las baterías de plomo-ácido debido a su mayor relación energía-masa y su mayor relación potencia-masa (tan solo el 25% de la masa). por el mismo poder. [6] Las baterías de níquel-zinc son menos costosas que las de níquel-cadmio [6] y se espera que tengan un precio entre los de níquel-cadmio y plomo-ácido. El níquel-zinc se puede utilizar como sustituto del níquel-cadmio. El Parlamento Europeo ha apoyado la prohibición de las baterías a base de cadmio; [1] El níquel-zinc es una buena alternativa para herramientas eléctricas y otras aplicaciones. Una desventaja es el aumento de la tasa de autodescarga después de aproximadamente 30 a 50 ciclos, de modo que las baterías no mantienen la carga tanto tiempo como cuando eran nuevas. Cuando esto no supone un problema, el níquel-zinc es una buena opción para aplicaciones que requieren alta potencia y alto voltaje. [7]
En comparación con el hidróxido de cadmio, la tendencia del ion hidróxido de zinc soluble ( zincato ) a disolverse en solución y no migrar completamente de regreso al cátodo durante la recarga ha presentado, en el pasado, desafíos para la viabilidad comercial de la batería de níquel-zinc. [1] [3] Otro problema común con las baterías recargables de zinc es el cambio de forma del electrodo y las dendritas (o " bigotes "), que pueden reducir el rendimiento de descarga de la celda o, eventualmente, acortar la celda, lo que resulta en un ciclo de vida bajo.
Los avances recientes han permitido reducir considerablemente este problema. Estos avances incluyen mejoras en los materiales separadores de electrodos, la inclusión de estabilizadores de materiales de zinc y mejoras en los electrolitos (por ejemplo, mediante el uso de fosfatos ). PowerGenix ha desarrollado baterías de 1,6 V con una vida útil declarada comparable a la de las baterías de NiCd. [8]
La vida útil del ciclo de la batería se especifica más comúnmente a una profundidad de descarga del 80 por ciento de la capacidad nominal y suponiendo una tasa de corriente de descarga de una hora. A medida que se reduce la corriente de descarga o la profundidad de la descarga, aumenta el número de ciclos de carga-descarga de una batería. Al comparar el Ni-Zn con otras tecnologías de baterías, las comparaciones del ciclo de vida pueden variar según la tasa de descarga y la profundidad de descarga utilizada.
Las celdas de níquel-zinc tienen un voltaje de circuito abierto de 1,85 voltios cuando están completamente cargadas, [9] y un voltaje nominal de 1,65 V. Esto hace que el Ni-Zn sea particularmente adecuado para productos electrónicos que requieren los 1,5 V de las celdas primarias alcalinas en lugar de los 1,2 V. V de la mayoría de las celdas recargables (la mayoría de los circuitos toleran un voltaje ligeramente más alto) y no funcionarán correctamente más allá, típicamente, del voltaje final de una celda alcalina. El voltaje de salida de una celda recargable de 1,2 V caerá hasta este punto antes de haber entregado completamente su carga. [ cita necesaria ]
Para su uso en baterías de celdas múltiples, el voltaje más alto de las celdas de Ni-Zn requiere menos celdas que las de NiCd y NiMH para el mismo voltaje. Tienen una impedancia interna baja (normalmente 5 miliohmios ), lo que permite altas tasas de descarga de la batería, hasta 50 C. ( C es la capacidad de la batería en Ah, dividida por una hora). [ cita necesaria ]
Las celdas más nuevas, más potentes y con una vida útil de hasta 800 ciclos, pueden ser una alternativa a las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos.
Las baterías de níquel-zinc no utilizan mercurio, plomo, cadmio ni hidruros metálicos , los cuales pueden ser difíciles de reciclar. [10] Tanto el níquel como el zinc son elementos comunes en la naturaleza y pueden reciclarse por completo. Las celdas de NiZn no utilizan materiales activos inflamables ni electrolitos orgánicos, y los diseños posteriores utilizan separadores poliméricos que reducen el problema de las dendritas.
Las celdas de NiZn correctamente diseñadas pueden tener una densidad de potencia muy alta y un buen rendimiento de descarga a baja temperatura, y pueden descargarse hasta casi el 100% y recargarse sin problemas. A partir de 2017 [actualizar]estaban disponibles en tamaños hasta F y 50Ah/celda prismática.
El zinc es un metal barato y abundante, el 24º elemento más abundante en la corteza terrestre, y no es peligroso para la salud. La oxidación común es +2, por lo que la carga y la descarga mueven dos electrones en lugar de uno como en las baterías de NiMH.
Los cargadores de baterías de níquel-zinc deben ser capaces de cargar una batería con un voltaje completamente cargado de 1,85 V por celda, superior a los 1,4 V de NiMH. La tecnología NiZn es muy adecuada para ciclos de recarga rápidos, ya que se prefieren tasas de carga óptimas de C o C/2. [11]
Los regímenes de carga conocidos incluyen una corriente constante de C o C/2 a un voltaje de celda = 1,9 V. Un fabricante [12] recomienda cargar a una corriente constante de C/4 a C hasta que el voltaje de la celda alcance 1,9 V y luego continuar cargando a una voltaje constante de 1,9 V hasta que la corriente de carga disminuya a C/40.
En 2009 se estableció que el tiempo máximo de carga era de unas tres horas. [11] Una vez cargada, no se recomienda la carga lenta continua, ya que no se prevé la recombinación y el exceso de hidrógeno eventualmente se ventilará, afectando negativamente la vida útil de la batería. [ cita necesaria ] Algunos cargadores para baterías de NiZn afirman que no realizan una carga lenta una vez que la batería está completamente cargada, sino que se apagan. [13]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )