铝空气电池工作原理
铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似,铝空气电池以高纯度铝Al(含铝99.99%)为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速,它在EV上的应用已取得良好效果,是一种很有发展前途的空气电池。
铝空气电池构造特点
在单体电池中以铝(Al)为负极、氧为正极,在铝空气电池两侧有一对辅助空气电极,作为铝空气电池正极,在工作时只消耗铝和少量的水。
铝空气电池主要特点
(1)比能量高。铝空气电池是一种新型高比能电池,理论比能量可达到8100Wh/kg目前研发的产品已经能达到300-400Wh/kg,远高于当今各类电池的比能量。
(2)比功率中等。由于空气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,导致电池的比功率只能达到50-200W/kg。
(3)使用寿命长。铝电极可以不断更换,因此铝空气电池寿命的长短取决于空气电极的工作寿命。
(4)无毒、无有害气体产生。电池电化学反应消耗铝、氧气和水,生成Al2O3·nH2O,可用于干燥吸附剂和催化剂载体、研磨抛光磨料、陶瓷及污水处理的优良沉淀剂等。
(5)适应性强。电池结构和使用的原材料可根据实用环境和要求而变动,具有很强的适应性。
(6)电池负极原料铝廉价易得。相比于其他的金属,金属铝的价格比较低,金属阳极的制造工艺比较简单。
铝空气电池致命缺点
铝对人体不会造成伤害,可以回收循环使用,不污染环境。铝的原材料丰富,已具有大规模的铝冶炼厂,生产成本较低。铝回收再生方便,回收再生成本也较低。而且可以采用更换铝电极的方法,来解决铝空气电池充电较慢的问题。
正如所有的事物有其优秀的一面也有不足的一方一样,铝空气电池也有不足之处。
虽然它含有高的比能量,但比功率较低,充电和放电速度比较缓慢,电压滞后,自放电率较大,需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热。
铝空气电池研发进展
美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量。
使用这种电池的汽车仍需保留锂电子电池,铝电池只在锂电池电量耗尽后才启动,因此可以用很长时间,期间只需每月加注清水。通常在一年左右达到使用极限后,到服务站更换充满电的铝电池即可。(此处应该是更换新的铝板)
新电池并不是从普通电网充电,而是在美铝公司水电站的熔炼车间充电,充满电的电池其实是一块大部分由铝制成的厚重面板。铝板利用从空气中吸收的氧气以及用户给汽车加的水产生化学作用,将铝变成氧化铝,从而释放出能量,为汽车持续提供动力。铝的氧化反应在铝暴露在空气中时会自然发生,表面的氧化铝会阻止深层的铝继续发生反应,新电池采用的新技术则包含了电解质可溶解表面氧化层,使反应持续进行。
铝空气电池发展前景
1、电动车电源的有力竞争者
当前制约电动车产业发展的主要因素不是电动车本身,而是其动力系统,更确切地说是电池。从金属空气电池(包括铝空气电池和锌空气电池)的本性和进展状态来看,它在其他竞争者面前具有非常诱人的魅力。首先,铝空气电池具有300~400wh/kg高比能量,这是上述任何一个竞争对手难以达到的,同时又是电动车行驶距离得以跟汽油车相比的根本保证。其次,铝空气电池可以采取机械式“充电”,只要几分钟就可以方便地更换新的铝电极,使电池“充足电”,又可继续行驶。这是任何二次电池做不到的。再加上氧电极催化剂成本下降,铝电极利用率提高,促使电池成本大幅度下降。况且电池价格乃是它能否用于电动车、能否被市场接受的最关键性因素。
2、潜艇AIP系统的优秀能源
使用铝氧燃料电池取代氢氧燃料电池用于潜艇AIP系统之后,其唯一的区别是用铝负极取代了氢负极。Altek公司的铝空气燃料电池最新研究成果已表明,负极铝的利用率可以达到90%,大于燃料电池的能量转换效率。此外,铝是很轻的金属,它的重量小于氢及氢源装置的总重量。因而整个AIP系统的重量和体积将会减小,即提高了AIP系统的能量密度,从而延长了潜艇的一次性水下航行里程。
3、水下机器人的最佳动力电源
挪威的HUGIN3000水下机器人采用铝过氧化氢电池作动力。该电池的氧电极使用由过氧化氢分解而来的氧。每kg过氧化氢可以生成0.471kg的氧。当用于铝氧电池工作时,它可以产生2~2.4kWh的电能。电池每次放完电后,铝负极和电解液重新更换,同时要补充过氧化氢,这些工作只要几分钟就可完成。HUGIN3000水下机器人的排水量为2.4立方米,下潜深度达到水下600~3000m,在900W额定负荷条件下可以连续工作48h。即电池要输出能量43.2kWh,只需携带过氧化氢18~20kg即可。
4、价廉物美的高能电源
对于大部分移动网络中继站来说,它们处于偏僻地区,往往无人值班,且早晚气温变化很大,致使蓄电池的浮充电流变大,失水量加大,电池容量下降,寿命缩短。由于铝空气电池的比能量是铅蓄电池的6~8倍,这意味着电池连续工作时间可以延长6~8倍,这对于确保中继站工作的可靠性和减少维护人员的劳动强度,以节约维护费用均是有利的。