铝空气电池综述.doc

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1、铝空气电池综述周荣灿摘要：铝空气电池是实际比能量高达300~400Wh/kg且对环境非常友好的优秀电池；电池结构和使用的原材料可根据实际环境和要求而变动，具有很大的适应性；它既可用于陆上又可用于深海，既可用作动力电池，又是长寿命高比能的信号电池。关键词：铝电池；空气电池；AluminumairbatteryAbstract：Aluminum/air(oxygen)fuelcellisoneoflong-lifeandhighenergydensitybatterieswithactualspecificenergyreached3

2、00-400Wh/kg,andmaybeenvironment.Itsstructureandmaterialstobeusedmaybedeterminedaccordingtothedemandofusers,havingexcellentadaptability.Thisbatteriesmayoperatenotonlyonlandbutalsoinsub-sea,andbeusedaspowersourceorsignalbattery.Keywords:Aluminumbattery;Airbattery;引言人类社会

3、的快速发展和人口的迅速增长以及对石化资源的大量利用，造成温室效应、大气污染和酸雨等环境恶化。这迫使人们在选择能源时，会优先于资源丰富、对环境友好的能源。铝是地壳中含量最多的金属元素，具有来源广、能量密度较高、无毒性、存放稳定等优点。自20世纪40年代起受到人们的关注，在多个领域有所利用，尤其是电池领域。什么是铝空气电池铝空气电池是以铝合金为负极、空气电极为正极、中性水溶液或碱性水溶液为电解质构成的一种新型高能量化学电源，属于半燃料电池。该电池具有能量密度大、质量轻、材料来源丰富、无污染、可靠性高、寿命长、使用安全等优点。最早于20

4、世纪60年代由美国的Zaromb证明了其技术的可行性；铝空气电池的特点A.比能量高，电池理论比能量可达2290wh/kg，目前实际上已经达到300~400wh/kg。这一数值远高于当今各种电池的比能量。虽然电池的比能量与此相当，但其安全性不好，这使它无法用于动力电池。B.比功率中等，达到50~200w/kg，这一特性显然是由氧电极所决定的。因为氧电极的工作电位远离其热力学平衡电位。其交换电流密度很小，电池放电时极化很大。氢氧燃料电池的比功率不高，其原因也在于此。C.使用寿命达到3~4年。这也取决于氧电极的工作寿命，因为铝电极是可以

5、不断更换的。D.无毒、无有害气体，不污染环境。电池反应消耗铝、氧和水，生成。后者是当今用于污水处理的优异沉淀剂。E.可设计成电解液循环和不循环两种结构形式，便于因使用场合不同而进行设计。F.铝资源丰富，原料充足。铝空气电池的工作原理铝空气电池的负极是铝合金，在电池放电时被不断消耗，并生成；正极是多孔性氧电极，跟氢氧燃料电池的氧电极相同，电池放电时，从外界进入电极的氧（空气）发生电化学反应，生成；电解液可分为两种，其一为中性溶液（或水溶液或海水），另一种是碱性溶液。可以认为铝/空气电池是半个燃料电池。电池总的放电反应为：中性溶液碱性

6、溶液电池的结构铝空气电池的容量取决于铝阳极结构和电解质中沉淀的处理。关于铝阳极结构的设计有三种方案。最普通的一种采用定期更换阳极。另一种是采用楔型阳极，在倾斜放置的两片阴极之间，通过重力来实现自动进料。第三种方案是采用铝屑、铝珠或铝颗粒作阳极，自动进料。随着电解质中的生成，电导率下降，另外累积的可以形成过饱和溶液，而使电解质变成糊状甚至半固体状，因此需要采取技术措施。常用的方法有采用有定期更换电解质、循环电解质或向电解质中添加晶种来沉淀"。相应的电池设计包括沉淀和过滤装置等。此外还应考虑到电池的干式储放、启动和散热等问题。研究现状

7、70年代，集中于电视广播、航海航标灯、矿井照明等电源用铝空电池的研究，美国能源部曾投资几百万美元支持劳伦斯一利佛莫国家实验室(LLNL)研制替代内燃机的金属空气电池，后来由LLNL和Electro-dynamics及Dow化学公司等联合组成Voltek公司，终于开发出实用化的动力型金属空气燃料电池系统VoltekA2，是世界上第一个用来推动电动汽车的铝空气燃料电池系统；80年代，挪威国防研究所、美国水下武器研究中心、加拿大的AluminumPower公司着手探索将铝空气电池应用于UUV(无人水下航行器)、DSRV(深海救援艇)和A

8、IP潜艇的可能性，加拿大的AluminumPower公司采用合金化的铝阳极和有效的空气电极，将其发展为安全、可靠的电池体系，能量密度在240～400Wh/kg，功率密度达到22．6W/kg；90年代后迎来发展高潮，在便携式电源、备用电源、电动车电源