Pendahuluan
Bateri litium-ion (Li-ion) kekal sebagai teknologi utama untuk peranti mudah alih dan kenderaan elektrik kerana ketumpatan tenaga yang tinggi dan rantaian bekalan yang sudah matang. Sebaliknya, bateri berbasis zink cukup menarik dari segi keselamatan, kos, dan kelestarian, tetapi masih menghadapi beberapa batasan praktikal dari segi ketumpatan tenaga, jangka hayat, dan pengeluaran skala besar. Adakah ia boleh menggantikan bateri litium bergantung terutamanya pada senario aplikasi: untuk peranti yang memerlukan jangka hayat bateri yang panjang dan tenaga tinggi, bateri litium akan kekal lebih unggul dalam jangka pendek; manakala bateri zink mungkin secara beransur-ansur mendapatkan pijakan dalam bidang yang mempunyai keperluan keselamatan tinggi, sensitif terhadap kos, atau penyimpanan tenaga statik.
Apakah perbezaan antara bateri litium dan bateri zink?
Bahan dan Prinsip Kerja
Bateri litium menyimpan tenaga dengan menggerakkan ion litium antara elektrod positif dan negatif, manakala bateri berbasis zink menggunakan zink sebagai 'watak utama', termasuk bateri ion-zink, bateri zink-udara, dan bateri zink-mangan. Secara keseluruhan, sumber zink lebih melimpah, kosnya lebih rendah, dan sistem ini umumnya lebih selamat.
Ketumpatan Tenaga
Bateri litium mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi, menjadikannya lebih sesuai untuk senario yang mengutamakan jangka hayat bateri yang panjang atau pengecilan saiz, seperti telefon mudah alih dan kenderaan elektrik.
Bateri berbasis zink umumnya mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih rendah, tetapi mereka unggul dari segi kos bahan yang rendah dan sumber yang banyak, serta sentiasa diperbaiki dari semasa ke semasa.
Keselamatan
Masalah utama keselamatan dengan bateri litium ialah larian terma, yang dalam kes ekstrem boleh menyebabkan kebakaran.
Sistem berbasis zink kerap menggunakan elektrolit akueus, yang secara semula jadi kurang mudah terbakar, menghasilkan tahap keselamatan yang umumnya lebih baik. Walau bagaimanapun, mereka mungkin menghadapi cabaran baharu seperti pertumbuhan dendrit.
Kos dan Sumber
Zink jauh lebih murah daripada litium, dan sumber-sumbernya lebih mudah didapati. Walaupun kelihatan bahawa "bahan yang lebih murah = bateri yang lebih murah", kos sebenar berkait rapat dengan faktor-faktor seperti jangka hayat, kerumitan pengeluaran, dan hasil pengeluaran.
Perbandingan Ringkas Mekanisme Kimia
Bateri ion litium: Bergantung pada ion litium yang 'interkalasi' di dalam bahan, digabungkan dengan bahan katod matang seperti NMC dan LFP, untuk mencapai ketumpatan tenaga yang tinggi.
Bateri berbasis zink: Sebahagian menggunakan pergerakan ion zink, manakala lainnya bergantung pada tindak balas dengan oksigen di udara (bateri zink-udara). Mekanisme tindak balas sistem yang berbeza-beza ini sangat berbeza, menghasilkan prestasi dan senario aplikasi yang berbeza.
Prestasi Ketumpatan Tenaga
Bateri litium-ion: Kekal sebagai "piawaian" untuk kebanyakan aplikasi berkepadatan tinggi. Bateri berasaskan zink: Walaupun ketumpatan tenaga praktikal belum tinggi, penyelidikan dan pembangunan berjalan dengan pesat. Sebagai contoh, bateri zink-udara secara teorinya mempunyai ketumpatan tenaga yang mengagumkan, tetapi pengisian semula dan output kuasa masih menjadi halangan.
Prestasi Jangka Hayat
Bateri litium-ion mempunyai jangka hayat kitaran yang matang, berkisar antara ratusan hingga ribuan kitaran merentas pelbagai sistem.
Jangka hayat bateri berasaskan zink bergantung lebih kepada sistem itu sendiri dan teknologi seperti penekanan dendrit; mereka masih dalam proses mengejar, tetapi kemajuan besar sudah nyata.
Penampilan Kuat
Bateri litium-ion mempunyai kelebihan yang jelas dalam pelepasan kadar tinggi dan pengecasan pantas, menjadikannya pilihan utama bagi banyak aplikasi prestasi tinggi.
Namun begitu, bateri berasaskan zink menghadapi prestasi arus tinggi yang tidak mencukupi dalam sesetengah sistem (terutamanya zink-udara), walaupun prestasi bateri zink-ion semakin meningkat.
Kos Bahan
Kos bahan mentah zink jauh lebih rendah berbanding litium, dan rantaian bekalan adalah jauh lebih mudah.
Namun, apabila mengira "kos keseluruhan penggunaan bateri", faktor-faktor seperti jangka hayat, kaedah pengilangan, dan kestabilan menjadikan perkara ini rumit.
Keselamatan
Bateri ion litium cenderung mengalami larian terma apabila timbul masalah, menjadikan keselamatan sebagai tumpuan utama industri yang berterusan.
Sistem berasaskan zink secara semula jadi lebih "sederhana" dari segi kimia, terutamanya sistem akueus yang hampir tidak mudah terbakar, seterusnya memberikan kelebihan keselamatan yang ketara. Namun begitu, rekabentuk kejuruteraan tetap penting.
Kesan alam sekitar
Sumber zink adalah melimpah ruah dan mudah dikitar semula, menghasilkan tekanan alam sekitar yang relatif kurang; kitar semula bateri litium pula memerlukan lebih banyak usaha dan melibatkan faktor geopolitik yang berkaitan dengan sumber seperti litium dan kobalt.
Tentu saja, tanpa mengira jenis bateri, jumlah tenaga yang digunakan dalam proses pengeluaran dan cara pembuangan bateri pada akhir hayatnya akan mempengaruhi prestasi alam sekitar secara keseluruhan.
Perkembangan Terkini dalam Bateri Berasaskan Zink
Bateri Zink-Udara
Kelebihan: Ketumpatan tenaga teoritikal yang tinggi, kos rendah, mesra alam, sesuai untuk penyimpanan tenaga dan aplikasi lain yang memerlukan "tenaga tinggi + kuasa rendah".
Cabaran: Kebolehcas semula, jangka hayat kitaran, dan kecekapan tindak balas udara masih merupakan cabaran teknologi utama.
Bateri Ion-Zink (ZIB)
Pada masa ini, teknologi berasaskan zink yang mempunyai peluang terbaik untuk pengeluaran skala besar: selamat, kos boleh dikawal, ketumpatan tenaga dan jangka hayat yang terus meningkat, dan aplikasi masa depan dijangka terus berkembang.
Bateri Zink-Mangan (Zn-MnO₂)
Bateri ini murah dan selamat, tetapi perlukan terobosan lanjut dari segi jangka hayat kitaran dan ketumpatan tenaga.
Zink- Bateri Karbon
Kebanyakan digunakan dalam aplikasi sekali pakai dan kos rendah, kedudukan mereka agak jelas, dan tidak berkemungkinan menggantikan bateri litium moden.
Ringkasan: Persaingan atau Pelengkap?
Bagi aplikasi seperti telefon mudah alih dan kenderaan elektrik yang memerlukan kuasa tinggi dan julat jarak jauh, bateri litium akan kekal sebagai penyelesaian paling boleh dipercayai dan matang untuk beberapa tahun akan datang.
Bateri berbasis zink mempunyai kelebihan dari segi keselamatan, kos, dan mesra sumber. Prestasi mereka sentiasa meningkat, maka mereka akan semakin menonjol dalam beberapa bidang aplikasi—terutamanya penyimpanan tenaga pegun, kawalatur grid, dan peranti yang mengutamakan keselamatan.
Dari perspektif tren, "menggantikan sepenuhnya bateri litium" adalah tidak realistik dalam jangka pendek, tetapi "menggunakan keduanya secara bersama dan saling melengkapi" merupakan landasan pembangunan yang lebih munasabah. Pasaran masa depan berkemungkinan besar akan melihat kewujudan pelbagai sistem secara serentak, masing-masing memanfaatkan kekuatan tersendiri, berbanding hanya satu jenis bateri yang "mendominasi pasaran."
Penerangan: Bateri zink-udara menawarkan kelebihan yang ketara dari segi kos, keselamatan, dan kelestarian, tetapi keterbatasannya dari segi ketumpatan tenaga, kebolehcas semula, dan jangka hayat menghalangnya daripada menggantikan litium-ion dalam jangka masa terdekat. Sebagai gantinya, ia berkemungkinan besar akan melengkapi litium-ion, terutamanya dalam penyimpanan pegun dan aplikasi yang memberi fokus kepada keselamatan.
EN
