四種重要金屬空氣電池的開發(fā)與應(yīng)用

本文將介紹這些金屬空氣電池的發(fā)展和應(yīng)用。

一、鋁空氣電池

1.工作原理

高純鋁鋁(含99.99%鋁)為負(fù)極，氧為正極，氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解液。鋁從空氣中吸收氧氣，電池放電時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將鋁和氧氣轉(zhuǎn)化為氧化鋁。

2、特點(diǎn)

鋁空氣電池具有無毒、無害、無污染、可回收利用的特點(diǎn)。

關(guān)于電動汽車而言，鋁空氣電池具有重量輕、能量高等明顯特點(diǎn)。數(shù)據(jù)顯示，鋁空氣電池的理論能量比可以達(dá)到8100Wh/kg，而目前的實(shí)踐已經(jīng)達(dá)到350Wh/kg，是鋰離子電池的2.3倍，鎳氫電池的6倍，鉛酸電池的7倍以上。

這種電池在減輕汽車重量和新增續(xù)航里程方面有明顯的幫助。

3.發(fā)展和應(yīng)用

國外:

據(jù)相關(guān)資料顯示，在美國加利福尼亞州，有關(guān)在電動汽車上使用鋁空氣電池，有記錄表明只有一個鋁電極替代行駛距離可達(dá)1600公里。

由美國鋁業(yè)加拿大公司和以色列Phinergy公司共同展示的一款重達(dá)100公斤的新型鋁空氣電池，其儲存的電量足夠行駛3000公里。

國內(nèi):

云鋁股份與昆明冶金研究所共同投資成立了創(chuàng)能鋁空氣電池有限公司，投資鋁空氣電池研究項(xiàng)目。目前，創(chuàng)能鋁空氣電池研究項(xiàng)目正在推進(jìn)中。

我國電力(Chinapower)已與PHINERGY成立了一家合資公司，將鋁空氣電池引入公共汽車、旅游巴士、物流車和運(yùn)動型多用途車(suv)等電動汽車。并計(jì)劃在內(nèi)地、香港、澳門開展。

二、鎂空氣電池

1.工作原理

2、特點(diǎn)

能量密度高，理論電壓高，清潔安全。鎂儲量豐富，具有資金優(yōu)勢。

鎂空氣電池的能量密度是普通鋰離子電池的10倍。

缺點(diǎn)是鎂陽極的反應(yīng)功率低，空氣陰極的反應(yīng)時間慢。雖然電池可以儲存大量的能量，但將這些能量轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的能力是非常有限的。

3.發(fā)展和應(yīng)用

國外:

據(jù)報道，韓國研發(fā)的一款使用不含鎂的空氣電池的電動汽車可以成功行駛800公里，是鋰離子電池汽車平均行駛里程的四倍

包括kohe電池、尼康、日產(chǎn)汽車、東北大學(xué)、宮城縣等工業(yè)、學(xué)術(shù)、科研機(jī)構(gòu)和政府部門在內(nèi)的多家日本機(jī)構(gòu)正在積極推進(jìn)大規(guī)模的鎂空氣電池研究。

日本阿瓜電力公司成功開發(fā)和商業(yè)化了鎂空氣電池，并注冊了16項(xiàng)專利。

國內(nèi):

寧波信息學(xué)院鋰離子電池工程實(shí)驗(yàn)室成功研制出1000Wh鎂空氣電池樣機(jī)。

電池由5塊單體電池串聯(lián)而成，以AZ31鎂合金為陽極，10%NaCl溶液為電解液，空氣分散電極和錳氧化物催化劑為陰極。鎂空氣電池標(biāo)準(zhǔn)外形為200×150×150mm3，組件重量2.3kg，能量密度430Wh/kg，最大輸出功率80W。

一家公司的鎂空氣電池使用水作為電解液，它自己的LED燈可以持續(xù)亮90到100個小時，一次充電20部智能手機(jī)。這種鎂空氣電池被用作應(yīng)急電源。

鋅空氣電池

1.工作原理

鋅空氣電池又稱鋅氧電池，是以活性炭吸附空氣中的氧或純氧為正極活性物質(zhì)，以鋅為負(fù)極，氯化銨或燒堿溶液為電解液的原電池。

陽極:Zn2OH→ZnOH2O2e

陰極:O22H2O4e→4OH

合成:2ZnO2→2ZnO

2、特點(diǎn)

高于能量，高達(dá)340瓦時/公斤。安全，放電性能穩(wěn)定，成本低。組件是鋰離子電池的50%，旅程是鋰離子電池的200%，初始價格是鋰離子電池的40%左右。

3.發(fā)展和應(yīng)用

國外:

加拿大滑鐵盧大學(xué)(universityofWaterloo)的陳忠偉(Chenzhongwei)博士及其團(tuán)隊(duì)所進(jìn)行的討論得到了顯著的擴(kuò)展。

國內(nèi):

汽車用鋅空氣電池項(xiàng)目被列入國家863重大科技專項(xiàng)1項(xiàng)。

國內(nèi)一家鋅空氣電池生產(chǎn)公司和一家汽車制造商計(jì)劃今年推出500輛12米長的純電動鋅空氣電池巴士。整車造價100萬元，其中電池40萬元左右。

該公司計(jì)劃到2017年為3000輛電動汽車生產(chǎn)鋅空氣動力鋰電池。

鋰空氣電池

1.工作原理

鋰空氣電池的正極是鋰，負(fù)極是空氣中的氧氣。放電時，正極鋰釋放電子，形成鋰正離子(Li+)，鋰正離子通過電解質(zhì)數(shù)據(jù)，與陰極處的氧結(jié)合，電子通過外部電路形成氧化鋰(Li2O)或過氧化鋰(Li2O2)，并停留在陰極處。鋰空氣電池的開路電壓為2.91v。

2、特點(diǎn)

鋰空氣電池的能量比是鋰離子電池的10倍，體積更小，重量更輕。缺點(diǎn)是它仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，大約在商業(yè)化結(jié)束前10年。

3.發(fā)展和應(yīng)用

國外:

英國劍橋大學(xué)研發(fā)的鋰空氣電池可以充電超過2000次。電池的理論功率利用率超過90%。

2009年，一個日本研究小組宣布了一種大容量鋰空氣電池的新結(jié)構(gòu)。

美國的IBMAlmaden研究中心正在討論鋰空氣電池，兩家日本公司asahi和Central硝酸鹽參與了這個項(xiàng)目。該小組計(jì)劃在2020年之前停止鋰空氣電池的生產(chǎn)和使用。