在1990年前后铝—空气电池的设计应用

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1、在1990年前后铝—空气电池的设计应用铝空气电池早在1990年之前，全世界就有不少国家研究铝空气电池，应用于武装部队、外层空间、水下深潜设备等。当时，锂电池还没有诞生。在锂电池普及的现在，由于锂电池与铝空气电池相比通用性大大提高，铝空气电池在80%以上的领域已经失去优势。但是它在个别领域的价值仍然存在。☉◇铝空气电池研究发展动向◇☉国内外铝空气电池开发情况铝一空气电池的设计和应用作为备用电源作为备用电源的铝一空气电池一般与传统的二次备用电源和DC／DC转换器联用，以便提供高效的长期或短期用能量包(RPU)。RPU首先在通讯及其相关领域得到应用。发电机组启动时的不稳定性以及铅蓄电池所

2、需的庞大体积和质量使得RI’U这种性能稳定、维护成本低廉的电源颇具吸引力，外加其运行时低噪音、低消耗、无污染、无废气产生等特点，山村和边远地区通讯设备制造厂家对其非常关注。英国、加拿大、法国、意大利等电信公司均正在使用或提供资金研制铝一空气电池。此种电源包的问题在于随着放电深度的增加，其启动时间也会随之延长，原因在于随着放电深度的增加，电解质的电导率下降，电压及其功率输出随之下降，使得RPU花费较长的时间达到操作温度(60℃)，这直接影响了达到设备正常运行功率所需要的时间。另外一个原因在于，随着放电深度的增加，碳酸盐、铝酸盐、氢氧化铝胶体等反应产物堵塞了阴极材料孔隙，这些产物的移除

3、跟电解质浓度和反应温度相关。这种缺陷可以通过放电过程中使用特殊装置对正极材料进行不断冲刷而改进。铝一空气电池包括上部的电堆和下部的电解液池(不使用时电解液不进入电堆内)，以及泵送电解液冷却和电池空气循环的辅助系统。电池工作时，泵送电解液流经正负极间的空隙到达各单电池顶端的堰并由各支路回到电解液池，一部分电解液经过热交换器(冷源是冷却风扇提供的空气流)进行温度控制。鼓风机使反应所需的空气依次流经电解液池周围的空间、过滤器、阴极表面，然后排出整个系统。电解液是含有锡酸盐添加剂的8mol／LKOH溶液。在电池放电期间电解质中铝酸钾逐渐饱和，接着达到过饱和，最后电解质电导率降低，导致电池无

4、法使负载正常工作，基于总电解质体积的电池容量便到了终点。此时更换电解质，电池又可以继续放电直至铝负极耗尽。一种1200W的铝一空气电池在电解质容量模式下，电池总的放电时间36h，而在更换一次电解质且铝负极耗尽的模式下，电池总的放电时间是48h，体积比能量和质量比能量分别超过了150Wh／L和250Wh／kg。作为便携电源便携式铝一空气电池所用电解液有中性的也有碱性的，一般情况下，它们被制备成贮备电池并且通过注入电解质来激活。功率从300W到3000W，工作时间在8h到300h的铝空气电池在军事便携电源上应用较为广泛。一次铝一空气电池尤其适用于特殊的侦察设备和现代战争所用的小型、隐蔽

5、设备。一般，士兵们所用的这些设备功率不同，工作时间在两个星期以上。针对这些应用，Alupower公司设计了一系列的产品，其中300W／12V，工作时间12h的电池组质量能量密度达到200Wh／kg，体积能量密度达到135Wh／L。一种中性电解质铝一空电池作为Cd—Ni电池的再充电电源被设计，携带能量600Wh，电压6V，上面同时装备Cd—Ni电池均匀化管理器。Cd-Ni电池能量用尽一般只需4～5h就需再充电，铝一空气电池可以同时为7套这样的电池充电。20世纪90年代，开发了新型战场便携电源，额定功率3kWh，电位12V或者24V，外形尺寸大约13.7×11.4×40.6(cm)，激

6、活后重量5.kg(包括配套Cd—Ni电池重量)。体积能量密度是当时使用的NiCd电池的2～8倍，质量能量密度为原来的14倍左右，因此，单个战备电源铝一空气电池相当于LiS02电源包的3倍，Cd—Ni电池或铅蓄电池的9～15倍。在1992年的国际能源会议上提出的一种为人造卫星通讯提供电源的便携式碱性铝一空气自备电池组，通过抽空液囊使液体到达电池顶端进行激活。该电池的特点是在一40℃条件下，半小时之内即可实现冷启动，输出能量超过400W，重量比能量达到435Wh／kg。作为电动车电源电动车电源铝一空气电池由于功率需求较高，主要为碱性动力电池组，它驱动车辆的能量效率是内燃机的150％，加

7、拿大电动车的16个铅蓄电池已有8个被铝一空气电池取代，取代后的电池重量减少了20％，能量容量由12．5kWh增加至1130kWh，为原容量的2.5倍，电动车行程可增加3倍，4天的行程为168km，从电池到驱动发动机的净能量转换效率达83％，按电池的总重量算，能量密度达到350Wh／kg，其最新研究成果已将电池寿命延长至原先的10倍，使电池机械充电次数由200次提高到3000次。美国电技术研究公司1988年在小汽车上成功应用了铝一空电池，该公司制备的单体电池电压为1.1