更新时间:2023-10-02 14:46
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。
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。
铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg,2014年的铝空气电池的实际比能量只达到350Wh/kg,但也是铅酸电池的7~8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。采用铝空气电池后,车辆能够明显地提高续驶里程,国外有关资料介绍,美国加利福尼亚州在使用铝空气电池的电动汽车上,有过只更换一次铝电极续驶里程达1600km的记录。
我国开发和研制的牵引用动力型铅酸蓄电池的总能量为13.5kWh,总质量为375kg。而同样能量的铝空气电池总质量仅45kg,为铅酸蓄电池质量的12%。由于电池质量大大减轻,车辆的整备质量也降低,可以提高车辆的装载能量或延长续驶里程。
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。
虽然铝空气电池含有高的比能量,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。
1991年,我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池,称之为海洋电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。海洋电池彻底改变了以往海上航标灯两种供电方式:一是一次性电池,如锌锰电池、锌银电池、锌空(气)电池等。这些电池体积大,电能低,价格高。二是先充电后给电的二次性电源,如铅蓄电池,镍镉电池等。这种电池要定期充电,工作量大,费用高。
海洋电池,是以铝合金为电池负极,金属(Pt、Fe)网为正极,用取之不尽的海水为电解质溶液,它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能的。我们知道,海水中只含有0.5%的溶解氧,为获得这部分氧,科学家把正极制成仿鱼鳃的网状结构,以增大表面积,吸收海水中的微量溶解氧。这些氧在海水电解液作用下与铝反应,源源不断地产生电能。两极反应为:
负极:(Al):4Al-12e-=4Al3+
正极:(Pt或Fe等):3O2+6H2O十12e-=12OH-
总反应式:4Al+3O2十6H2O=4Al(OH)3
海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质,不放入海洋时,铝极就不会在空气中被氧化,可以长期储存。用时,把电池放入海水中,便可供电,其能量比干电池高20~50倍。 电池设计使用周期可长达一年以上,避免经常交换电池的麻烦。即使更换,也只是换一块铝板,铝板的大小,可根据实际需要而定。 海洋电池没有怕压部件,在海洋下任何深度都可以正常工作。海洋电池,以海水为电解质溶液,不存在污染,是海洋用电设施的能源新秀。
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。