如何延長(zhǎng)金屬空氣電池的使用壽命

金屬空氣電池是最輕的電池類(lèi)型之一，但它們可能有一個(gè)重要的限制:當(dāng)不使用時(shí)，它們會(huì)迅速降解，因?yàn)楦g會(huì)侵蝕金屬電極。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員找到了一種方法，可以顯著降低電池的腐蝕，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

金屬空氣電池結(jié)構(gòu)

盡管一般的可充電鋰離子電池在儲(chǔ)存一個(gè)月后只能損耗5%的電量，但關(guān)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它們太貴、太重了。初級(jí)(不可充電)鋁空氣電池更便宜、更輕，但每月可損耗高達(dá)80%的電量。麻省理工學(xué)院的設(shè)計(jì)通過(guò)在電極和電解質(zhì)之間引入油障，克服了鋁空氣電池的腐蝕問(wèn)題。當(dāng)電池處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電極之間的液體會(huì)吸收鋁。一旦電池被使用，油就會(huì)被迅速抽出，并被電解液取代。結(jié)果，能量損耗降低到每月0.02%，是原來(lái)的千倍多。

雖然其他一些方法已經(jīng)被用來(lái)延長(zhǎng)金屬空氣電池的保質(zhì)期，這些方法可能會(huì)犧牲性能。大多數(shù)其他方法包括用不同的、腐蝕性較低的化學(xué)配方替換電解質(zhì)，但這些替代方法極大地降低了電池功率。其他方法包括在儲(chǔ)存期間將液體電解質(zhì)抽出，在使用前再抽出。這些方法仍然可能造成嚴(yán)重的腐蝕，并可能堵塞電池組中的管道系統(tǒng)。因?yàn)榧词乖陔娊庖簭碾姵刂信懦龊螅X也會(huì)吸收水分，所以剩余的電解液會(huì)附著在鋁電極的表面。電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電解液容易被困住，導(dǎo)致持續(xù)腐蝕。

新電池系統(tǒng)的關(guān)鍵在于電池電極之間的保護(hù)。當(dāng)電池使用時(shí)，護(hù)罩的兩側(cè)都充滿(mǎn)液體電解質(zhì)，但當(dāng)電池處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，油被泵入最靠近鋁電極的一側(cè)，以保護(hù)鋁表面不受電解質(zhì)的傷害。新的電池系統(tǒng)還利用了鋁的疏水性，也就是說(shuō)，當(dāng)鋁浸入水中時(shí)，它會(huì)從表面排斥油。因此，當(dāng)電池被重新激活，電解液被抽回時(shí)，電解液很容易將油從鋁表面排出，從而恢復(fù)電池的電力容量。具有諷刺意味的是，麻省理工學(xué)院的腐蝕抑制方法利用了鋁的相同特性來(lái)促進(jìn)傳統(tǒng)系統(tǒng)的腐蝕。結(jié)果是，鋁空氣電池的原型有一個(gè)更長(zhǎng)的貨架壽命比傳統(tǒng)的鋁空氣電池。研究人員說(shuō)，當(dāng)電池被重復(fù)使用，然后讓它待機(jī)一到兩天，麻省理工學(xué)院的設(shè)計(jì)持續(xù)了24天，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只持續(xù)了3天。研究人員報(bào)告說(shuō)，即使縮小后的原鋁空氣電池組包含了油和泵系統(tǒng)，它們?nèi)匀槐入妱?dòng)汽車(chē)的可充電鋰離子電池輕5倍。

除了非常便宜之外，鋁是我們所了解的化學(xué)上能量密度最大的存儲(chǔ)材料之一，也就是說(shuō)，它可以存儲(chǔ)和傳輸?shù)哪芰勘瘸虽逡酝獾娜魏螙|西都多，而溴是昂貴的、危險(xiǎn)的，而且具有可比性。許多專(zhuān)家認(rèn)為，鋁空氣電池可能是唯一可行的替代鋰離子電池和汽車(chē)汽油。鋁空氣電池已被用作電動(dòng)汽車(chē)的增程器，以補(bǔ)充內(nèi)置的可充電電池，在內(nèi)置電池耗盡時(shí)新增許多額外的里程。它們有時(shí)也被用作偏遠(yuǎn)地區(qū)或一些水下航行器的電源。但是，盡管這些電池可以?xún)?chǔ)存很長(zhǎng)時(shí)間，只要它們不被使用，一旦它們第一次被打開(kāi)，它們就會(huì)迅速退化。