终极：数百种科普丛书（27）－铝制空气电池

数百种科普丛书（27）

铝制空气电池

华中科技大学，许长发，2017.5.30.什么时候可以大量使用电动汽车？核心问题是电动汽车应使用哪种电池。铅酸电池和普通锂电池很重，蓄电能力不足，并且耐久力较差。它们似乎不足以作为动力驱动电池。氢燃料电池具有延长电池寿命的潜力，但是氢燃料带来了一些不安全的问题。只要添加水，铝空气电池就可以发电。它不仅重量轻，安全而且耐力强。目前，铝空气电池被认为是电动汽车驱动力的理想选择。

一个。铝空气电池的工作原理和基本要求

铝空气电池的负极是高纯度铝，在放电时会不断消耗铝以产生Al（OH）3氢氧化铝；正极为多孔氧电极，与氢氧燃料电池的氧电极相同。当电池放电时，从外部（空气）进入电极的氧气会发生电化学反应，生成氢氧化物OH-；电解质可以是中性水或碱性溶液，例如氯化钠。我们推出了氢氧燃料电池。提供氢的一侧为负极，提供氧气的一侧为正极。在铝空气电池中，负极提供纯铝，而正极提供氧气。因此，可以认为铝空气电池是燃料电池的一半，其化学反应式为：

负极：（Al）：4Al-12e- = 4Al3 +

阳极：（O2）：3O2 + 6H2O十12e- = 12OH-

总反应式：4Al + 3O2十6H2O = 4Al（OH）3↓

铝空气电池的工作图如下：

铝空气电池技术的关键是：正极结构和对电解质中沉淀物的处理。对于正极，对其材料和结构有特殊要求。需要具有活化氧的功能，并且还需要多孔以增加氧的接触表面以提高发电效率。为了处理电解质中的沉淀物，需要氢氧化铝沉淀并快速除去以维持电解质的电导率。因此，铝制空气电池必须配备沉淀物清除系统。另外，需要一种空气循环系统，该系统不需要空气中的颗粒，因为覆盖氧阴极的颗粒会降低反应速度。要求空气中不含二氧化碳，因为在阳极中形成碳酸盐也会降低阴极的性能。

铝空气电池的实际形状类似于燃料电池的实际形状。它是几个小电池的组合，呈块状，形成电池堆的形状，如下所示：

如果负极改为锌，则它是锌空气电池，也有锂空气电池。它们的工作原理和电池形状相似。

二.铝空气电池的优缺点

要比较电池的优缺点，关键是要看一下比能量和比功率这两个指标。

电池的容量。用外行的话来说，它仅指电池可容纳多少电量的特性，通常用Ah表示。例如，电池容量为10 Ah，可以以2A的电流放电5小时。电池的容量不能表示电池的电压和放电强度，也不能表示电池的重量。

电池的电量。即，电池工作的能力，是功率和电压的乘积，也是电池的整体特性。当然，电量大，电压大的电池也很强大。

电池的特定能量。也称为能量密度。电池输出的电能/电池的总重量。电池的比能量大，说明电池具有更多的储能和持久的功能，但并不表示电池可以在大电流下进行持久的工作。

电池的比功率。每单位时间的比能量。如果比功率较大，则电池可以以较大的电流放电，这也表示电池的内阻较小。如果电池的内阻较大，则比功率将较小。

铝空气电池的优势主要体属研究所在空气电极方面取得了突破，并使用铝空气电池作为机器人的动力。

2015年，美铝公司和以色列公司Phinergy在蒙特利尔的维伦纽夫赛车场展示了一辆配备100公斤铝制空气电池的汽车的1,600公里的世界纪录。在2016年，该公司再次展示了可行驶3000公里的100公斤铝空气电池的结果。

四.铝空气电池产业化属燃料电池研究中心在铝空气电池的研究与开发方面处于全国领先地位，并已开始实现工业化生产。该公司已与吉利汽车研究院合作，并在吉利熊猫上进行了路试。到目前为止，该公司是中国唯一可以使用铝空气电池驱动电动汽车的公司，其行驶里程远远超过锂电池。

2016年11月，德阳东神新能源科技生产了1,000枚铝制空气电池作为UPS（不间断电源）。这些铝空气电池将用作德阳塔基站的备用电源，而不是原始的柴油发电机和铅酸电池。据悉，这是该国首次对铝空气电池进行商业推广。

五.铝空气电池的前景

铝-空气电池不是传统意义上可以重复充电和放电的电池。它类似于氢氧燃料电池，是一种释放电能的化学反应装置。与氢氧燃料电池相比，它重量更轻，发电效率更高，更安全。与锂电池相比，它重量更轻，放电容量更长。由于这些原因，人们非常希望铝空气电池可以用作电动汽车的动力。

都在深入研究如何提高铝空气电池的效率，实用性和商品化，但是要真正实现商业化还有很长的路要走。

原因之一是关键技术尚未实现商业突破。例如，空气电极的目标要求非常明确，但是低成本和高效率的空气电极仍在持续开发中，尚未达到商业化水平。例如，尚未确定如何在电解质中沉淀和分离氢氧化铝的问题是最佳方法。这些关键技术是铝空气电池市场化的重要障碍。因此，铝空气电池仍在实验室中，研发人员希望在提高效率方面取得突破。但是，市场已经为铝空气电池的商业化做了一些准备。

众所周知，锂电池目前处于这种状况。经过二十多年的不断发展，它们已经发展起来。同样，铝制空气电池也必须经过研发，试生产，改进的过程，因此铝制空气电池在市场上的商业化将花费很长时间。

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