四種重要金屬空氣電池的開發與應用

本文將介紹這些金屬空氣電池的發展和應用。

一、鋁空氣電池

1.工作原理

高純鋁鋁(含99.99%鋁)為負極，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，電池放電時發生化學反應，將鋁和氧氣轉化為氧化鋁。

2、特點

鋁空氣電池具有無毒、無害、無污染、可回收利用的特點。

關于電動汽車而言，鋁空氣電池具有重量輕、能量高等明顯特點。數據顯示，鋁空氣電池的理論能量比可以達到8100Wh/kg，而目前的實踐已經達到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航里程方面有明顯的幫助。

3.發展和應用

國外:

據相關資料顯示，在美國加利福尼亞州，有關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1600公里。

由美國鋁業加拿大公司和以色列Phinergy公司共同展示的一款重達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:

云鋁股份與昆明冶金研究所共同投資成立了創能鋁空氣電池有限公司，投資鋁空氣電池研究項目。目前，創能鋁空氣電池研究項目正在推進中。

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、物流車和運動型多用途車(suv)等電動汽車。并計劃在內地、香港、澳門開展。

二、鎂空氣電池

1.工作原理

2、特點

能量密度高，理論電壓高，清潔安全。鎂儲量豐富，具有資金優勢。

鎂空氣電池的能量密度是普通鋰離子電池的10倍。

缺點是鎂陽極的反應功率低，空氣陰極的反應時間慢。雖然電池可以儲存大量的能量，但將這些能量轉化為實踐的能力是非常有限的。

3.發展和應用

國外:

據報道，韓國研發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、日產汽車、東北大學、宮城縣等工業、學術、科研機構和政府部門在內的多家日本機構正在積極推進大規模的鎂空氣電池研究。

日本阿瓜電力公司成功開發和商業化了鎂空氣電池，并注冊了16項專利。

國內:

寧波信息學院鋰離子電池工程實驗室成功研制出1000Wh鎂空氣電池樣機。

電池由5塊單體電池串聯而成，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。鎂空氣電池標準外形為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燈可以持續亮90到100個小時，一次充電20部智能手機。這種鎂空氣電池被用作應急電源。

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，以鋅為負極，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

高于能量，高達340瓦時/公斤。安全，放電性能穩定，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.發展和應用

國外:

加拿大滑鐵盧大學(universityofWaterloo)的陳忠偉(Chenzhongwei)博士及其團隊所進行的討論得到了顯著的擴展。

國內:

汽車用鋅空氣電池項目被列入國家863重大科技專項1項。

國內一家鋅空氣電池生產公司和一家汽車制造商計劃今年推出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。

該公司計劃到2017年為3000輛電動汽車生產鋅空氣動力鋰電池。

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數據，與陰極處的氧結合，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

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。缺點是它仍處于實驗室階段，大約在商業化結束前10年。

3.發展和應用

國外:

英國劍橋大學研發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構。

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目。該小組計劃在2020年之前停止鋰空氣電池的生產和使用。