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【福利】详解铝空气电池研究现状及未来走向_888澳门集团娱乐网址
时间:2021-01-27 来源:888澳门集团娱乐网址 浏览量 98844 次
本文摘要:金属空气电池描述了锂离子电池享有高比能,是一种已经研究到成熟阶段并已大规模商业化的二次电池。

金属空气电池描述了锂离子电池享有高比能,是一种已经研究到成熟阶段并已大规模商业化的二次电池。然而,近年来,面对移动电子设备和电动汽车的巨大发展,锂离子电池已经难以满足其大容量的市场需求,尤其是对能源依赖性强的动力电池系统。因此出现了锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池等金属空气电池。

由于这类电池的负极活性物质主要来自空气中的氧气,所以负极活性物质的理论量是无限的,所以电池的理论容量主要不同于负极金属的量,这类电池享有较大的比容量。其中,铝-空气燃料电池的平均理论比能为8100Wh/kg,具有成本低、比能密度高、比功率密度高的优点。铝-空气电池作为一种类似的燃料电池,在军事、民用、水下电力系统、电信系统备用电源和便携式电源等方面具有巨大的商业潜力。铝空气电池结构示意图1是铝空气电池的结构示意图。

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根据现有的研究成果和电池特性,铝空气电池具有以下特点:(1)比能量低。铝空气电池是一种新型高比能量电池。理论比能可以超过8100Wh/kg。

目前开发的产品已经超过300-400Wh/kg,远高于当今各类电池的比能量。(2)中等比功率。由于空气电极的工作电位接近其热力学平衡电位,其相互交换电流密度较小,电池静止时极化相当大,导致电池比功率不能超过50-200W/kg。

(3)使用寿命广。铝电极可以大大更换,所以铝空气电池的使用寿命因人而异。(4)产生有毒无害气体。

电池的电化学反应消耗铝、氧和水,分解Al2O3 nH2O。可用作湿吸附剂和催化剂载体、研磨磨料、陶瓷和污水处理的优良沉淀剂。(5)适应性强。电池结构和原材料可以根据简单的环境和报废进行改变,适应性强。

(6)电池的负极材料铝便宜又简单。与其他金属相比,金属铝的价格更低,金属阳极的生产工艺更简单。铝阳极(负极)铝(Al)是一种理想的电极材料。金属铝的理论能量密度为8.2wh/g,低于稀有金属中锂的13.3 Wh/g。

它具有较好的电极电位,是除锂外比能量最低的轻金属电池材料。铝空气电池的质量比能实际上可以超过450Wh/kg,比功率超过50~200W/kg。它具有理论容量低、消耗率低、重量重、潜力大、资源丰富、易于加工等优点,得到了广泛的研究。

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但是由于铝是一种非常开朗的两性金属,铝阳极的发展仍然受到以下问题的影响。(1)铝表面有一层腐蚀膜,影响铝的电化学活性。

(2)铝是一种两性金属元素,这就要求在强碱性环境下容易放出氢和生锈,影响电极电位,产物在电解液中的沉积影响整个电化学反应。(3)空气电池独特的半开放式系统,使空气电极更容易受到外界湿度的影响,铝阳极再次被水淹或干涸,甚至“攀碱”或“漏液”,导致整个空气电池结构的破坏。

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为了解决上述问题,国内外学者从以下三个方面进行了研究:1。铝阳极合金化的工业级铝(99.0%)含有铁(0.5%)、硅、铜、锰、镁、锌等多种杂质,不会加剧铝在界面的析氢生锈,特别是铁和铝会形成局部原电池,导致电化学生锈成倍增加。

有必要重新添加合金成分,以提高化学活性和耐腐蚀性 铝合金合金化中必须重新加入的元素必须满足以下条件:(1)合金元素的熔点高于金属al的熔点;铝中固体饱和度较高;电化学活性低于铝;在电解质中溶解度高;析氢超电势高。此外,通过将阳极金属加工成超细颗粒材料,可以进一步提高阳极效率。

2.电解液中重新添加缓释剂由于阳极合金化存在一定的成本问题,人们往往不会自由选择在电解液中重新添加一些缓释剂来保证铝-空气电池的性能。一些羧酸、胺、氨基酸缓释剂及其对铝锈的诱导效率见表1,右图:研究人员使用天然物质作为铝锈的抑制剂,实验证明有机胺、吡咯等。对铝锈有显著的抑制作用。

通过在强碱电解液中加入有机物和水溶性化合物,研究了铝金属阳极的电化学不可逆性,降低了铝的锈蚀速度,提高了铝空气电池的性能。3.热处理技术热处理通过改变铝合金中微量元素的产生和合金表面的微观结构来影响合金性能,是科学技术的一个研究范畴。通过适当的矢量实验,可以找到最佳的热处理工艺。

电解质铝空气电池的电解质多为中性盐溶液或强碱性溶液。在中性电解液中使用时,阳极锈蚀小,但铝阳极表面腐蚀相当严重,使工作电压降低,电池的功率和电流无法增加,电压也不会延迟,产品氢氧化铝胶体不会下沉堵塞电解液,因此这类电池不能作为低功率的功率输入装置。

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在强碱性电解液中使用,铝的腐蚀增加,碱液可以吸引一定量的反应产物氢氧化铝,因此电池性能更好。但铝是两性金属,在强碱性环境下不会引起令人反感的析氢和再次生锈,释放大量氢气,降低电池的输出功率和阳极利用率,在高电流密度下更为严重。

如果问题完全解决,上述问题可以通过自由选择定期更换电解液和重新添加添加剂来解决,这些添加剂可以活化铝阳极表面,抑制铝析氢和生锈。


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