鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2044次 | 2018年10月29日
鋁空氣電池工作原理介紹
鋁空氣電池工作原理
鋁空氣電池的化學(xué)反應(yīng)與鋅空氣電池類似,鋁空氣電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為負(fù)極、氧為正極,以氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質(zhì)。鋁攝取空氣中的氧,在電池放電時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。鋁空氣電池的進(jìn)展十分迅速,它在EV上的應(yīng)用已取得良好效果,是一種很有發(fā)展前途的空氣電池。
鋁空氣電池構(gòu)造特點(diǎn)
在單體電池中以鋁(Al)為負(fù)極、氧為正極,在鋁空氣電池兩側(cè)有一對(duì)輔助空氣電極,作為鋁空氣電池正極,在工作時(shí)只消耗鋁和少量的水。
鋁空氣電池工作原理_鋁空氣電池致命缺點(diǎn)
鋁空氣電池主要特點(diǎn)
(1)比能量高。鋁空氣電池是一種新型高比能電池,理論比能量可達(dá)到8100Wh/kg目前研發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)能達(dá)到300-400Wh/kg,遠(yuǎn)高于當(dāng)今各類電池的比能量。
(2)比功率中等。由于空氣電極的工作電位遠(yuǎn)離其熱力學(xué)平衡電位,其交換電流密度很小,電池放電時(shí)極化很大,導(dǎo)致電池的比功率只能達(dá)到50-200W/kg。
(3)使用壽命長(zhǎng)。鋁電極可以不斷更換,因此鋁空氣電池壽命的長(zhǎng)短取決于空氣電極的工作壽命。
(4)無(wú)毒、無(wú)有害氣體產(chǎn)生。電池電化學(xué)反應(yīng)消耗鋁、氧氣和水,生成Al2O3·nH2O,可用于干燥吸附劑和催化劑載體、研磨拋光磨料、陶瓷及污水處理的優(yōu)良沉淀劑等。
(5)適應(yīng)性強(qiáng)。電池結(jié)構(gòu)和使用的原材料可根據(jù)實(shí)用環(huán)境和要求而變動(dòng),具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
(6)電池負(fù)極原料鋁廉價(jià)易得。相比于其他的金屬,金屬鋁的價(jià)格比較低,金屬陽(yáng)極的制造工藝比較簡(jiǎn)單。
鋁空氣電池致命缺點(diǎn)
鋁對(duì)人體不會(huì)造成傷害,可以回收循環(huán)使用,不污染環(huán)境。鋁的原材料豐富,已具有大規(guī)模的鋁冶煉廠,生產(chǎn)成本較低。鋁回收再生方便,回收再生成本也較低。而且可以采用更換鋁電極的方法,來(lái)解決鋁空氣電池充電較慢的問(wèn)題。
正如所有的事物有其優(yōu)秀的一面也有不足的一方一樣,鋁空氣電池也有不足之處。
雖然它含有高的比能量,但比功率較低,充電和放電速度比較緩慢,電壓滯后,自放電率較大,需要采用熱管理系統(tǒng)來(lái)防止鋁空氣電池工作時(shí)的過(guò)熱。
鋁空氣電池研發(fā)進(jìn)展
美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的鋁空氣電池儲(chǔ)存了可行駛3000公里的足夠電量。
使用這種電池的汽車仍需保留鋰電子電池,鋁電池只在鋰電池電量耗盡后才啟動(dòng),因此可以用很長(zhǎng)時(shí)間,期間只需每月加注清水。通常在一年左右達(dá)到使用極限后,到服務(wù)站更換充滿電的鋁電池即可。(此處應(yīng)該是更換新的鋁板)
新電池并不是從普通電網(wǎng)充電,而是在美鋁公司水電站的熔煉車間充電,充滿電的電池其實(shí)是一塊大部分由鋁制成的厚重面板。鋁板利用從空氣中吸收的氧氣以及用戶給汽車加的水產(chǎn)生化學(xué)作用,將鋁變成氧化鋁,從而釋放出能量,為汽車持續(xù)提供動(dòng)力。鋁的氧化反應(yīng)在鋁暴露在空氣中時(shí)會(huì)自然發(fā)生,表面的氧化鋁會(huì)阻止深層的鋁繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),新電池采用的新技術(shù)則包含了電解質(zhì)可溶解表面氧化層,使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。
鋁空氣電池發(fā)展前景
1、電動(dòng)車電源的有力競(jìng)爭(zhēng)者
當(dāng)前制約電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素不是電動(dòng)車本身,而是其動(dòng)力系統(tǒng),更確切地說(shuō)是電池。從金屬空氣電池(包括鋁空氣電池和鋅空氣電池)的本性和進(jìn)展?fàn)顟B(tài)來(lái)看,它在其他競(jìng)爭(zhēng)者面前具有非常誘人的魅力。首先,鋁空氣電池具有300~400wh/kg高比能量,這是上述任何一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手難以達(dá)到的,同時(shí)又是電動(dòng)車行駛距離得以跟汽油車相比的根本保證。其次,鋁空氣電池可以采取機(jī)械式“充電”,只要幾分鐘就可以方便地更換新的鋁電極,使電池“充足電”,又可繼續(xù)行駛。這是任何二次電池做不到的。再加上氧電極催化劑成本下降,鋁電極利用率提高,促使電池成本大幅度下降。況且電池價(jià)格乃是它能否用于電動(dòng)車、能否被市場(chǎng)接受的最關(guān)鍵性因素。
2、特種AIP系統(tǒng)的優(yōu)秀能源
使用鋁氧燃料電池取代氫氧燃料電池用于特種AIP系統(tǒng)之后,其唯一的區(qū)別是用鋁負(fù)極取代了氫負(fù)極。Altek公司的鋁空氣燃料電池最新研究成果已表明,負(fù)極鋁的利用率可以達(dá)到90%,大于燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率。此外,鋁是很輕的金屬,它的重量小于氫及氫源裝置的總重量。因而整個(gè)AIP系統(tǒng)的重量和體積將會(huì)減小,即提高了AIP系統(tǒng)的能量密度,從而延長(zhǎng)了特種的一次性水下航行里程。
3、水下機(jī)器人的最佳動(dòng)力電源
挪威的HUGIN3000水下機(jī)器人采用鋁過(guò)氧化氫電池作動(dòng)力。該電池的氧電極使用由過(guò)氧化氫分解而來(lái)的氧。每kg過(guò)氧化氫可以生成0.471kg的氧。當(dāng)用于鋁氧電池工作時(shí),它可以產(chǎn)生2~2.4kWh的電能。電池每次放完電后,鋁負(fù)極和電解液重新更換,同時(shí)要補(bǔ)充過(guò)氧化氫,這些工作只要幾分鐘就可完成。HUGIN3000水下機(jī)器人的排水量為2.4立方米,下潛深度達(dá)到水下600~3000m,在900W額定負(fù)荷條件下可以連續(xù)工作48h。即電池要輸出能量43.2kWh,只需攜帶過(guò)氧化氫18~20kg即可。
4、價(jià)廉物美的高能電源
對(duì)于大部分移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中繼站來(lái)說(shuō),它們處于偏僻地區(qū),往往無(wú)人值班,且早晚氣溫變化很大,致使蓄電池的浮充電流變大,失水量加大,電池容量下降,壽命縮短。由于鋁空氣電池的比能量是鉛蓄電池的6~8倍,這意味著電池連續(xù)工作時(shí)間可以延長(zhǎng)6~8倍,這對(duì)于確保中繼站工作的可靠性和減少維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,以節(jié)約維護(hù)費(fèi)用均是有利的。