四种重要金属空气电池的开发与应用

本文将介绍这些金属空气电池的发展和应用。

一、铝空气电池

1.工作原理

高纯铝铝(含99.99%铝)为负极，氧为正极，氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解液。铝从空气中吸收氧气，电池放电时发生化学反应，将铝和氧气转化为氧化铝。

2、特点

铝空气电池具有无毒、无害、无污染、可回收利用的特点。

关于电动汽车而言，铝空气电池具有重量轻、能量高等明显特点。数据显示，铝空气电池的理论能量比可以达到8100Wh/kg，而目前的实践已经达到350Wh/kg，是锂离子电池的2.3倍，镍氢电池的6倍，铅酸电池的7倍以上。

这种电池在减轻汽车重量和新增续航里程方面有明显的帮助。

3.发展和应用

国外:

据相关资料显示，在美国加利福尼亚州，有关在电动汽车上使用铝空气电池，有记录表明只有一个铝电极替代行驶距离可达1600公里。

由美国铝业加拿大公司和以色列Phinergy公司共同展示的一款重达100公斤的新型铝空气电池，其储存的电量足够行驶3000公里。

国内:

云铝股份与昆明冶金研究所共同投资成立了创能铝空气电池有限公司，投资铝空气电池研究项目。目前，创能铝空气电池研究项目正在推进中。

我国电力(Chinapower)已与PHINERGY成立了一家合资公司，将铝空气电池引入公共汽车、旅游巴士、物流车和运动型多用途车(suv)等电动汽车。并计划在内地、香港、澳门开展。

二、镁空气电池

1.工作原理

2、特点

能量密度高，理论电压高，清洁安全。镁储量丰富，具有资金优势。

镁空气电池的能量密度是普通锂离子电池的10倍。

缺点是镁阳极的反应功率低，空气阴极的反应时间慢。虽然电池可以储存大量的能量，但将这些能量转化为实践的能力是非常有限的。

3.发展和应用

国外:

据报道，韩国研发的一款使用不含镁的空气电池的电动汽车可以成功行驶800公里，是锂离子电池汽车平均行驶里程的四倍

包括kohe电池、尼康、日产汽车、东北大学、宫城县等工业、学术、科研机构和政府部门在内的多家日本机构正在积极推进大规模的镁空气电池研究。

日本阿瓜电力公司成功开发和商业化了镁空气电池，并注册了16项专利。

国内:

宁波信息学院锂离子电池工程实验室成功研制出1000Wh镁空气电池样机。

电池由5块单体电池串联而成，以AZ31镁合金为阳极，10%NaCl溶液为电解液，空气分散电极和锰氧化物催化剂为阴极。镁空气电池标准外形为200×150×150mm3，组件重量2.3kg，能量密度430Wh/kg，最大输出功率80W。

一家公司的镁空气电池使用水作为电解液，它自己的LED灯可以持续亮90到100个小时，一次充电20部智能手机。这种镁空气电池被用作应急电源。

锌空气电池

1.工作原理

锌空气电池又称锌氧电池，是以活性炭吸附空气中的氧或纯氧为正极活性物质，以锌为负极，氯化铵或烧碱溶液为电解液的原电池。

阳极:Zn2OH→ZnOH2O2e

阴极:O22H2O4e→4OH

合成:2ZnO2→2ZnO

2、特点

高于能量，高达340瓦时/公斤。安全，放电性能稳定，成本低。组件是锂离子电池的50%，旅程是锂离子电池的200%，初始价格是锂离子电池的40%左右。

3.发展和应用

国外:

加拿大滑铁卢大学(universityofWaterloo)的陈忠伟(Chenzhongwei)博士及其团队所进行的讨论得到了显著的扩展。

国内:

汽车用锌空气电池项目被列入国家863重大科技专项1项。

国内一家锌空气电池生产公司和一家汽车制造商计划今年推出500辆12米长的纯电动锌空气电池巴士。整车造价100万元，其中电池40万元左右。

该公司计划到2017年为3000辆电动汽车生产锌空气动力锂电池。

锂空气电池

1.工作原理

锂空气电池的正极是锂，负极是空气中的氧气。放电时，正极锂释放电子，形成锂正离子(Li+)，锂正离子通过电解质数据，与阴极处的氧结合，电子通过外部电路形成氧化锂(Li2O)或过氧化锂(Li2O2)，并停留在阴极处。锂空气电池的开路电压为2.91v。

2、特点

锂空气电池的能量比是锂离子电池的10倍，体积更小，重量更轻。缺点是它仍处于实验室阶段，大约在商业化结束前10年。

3.发展和应用

国外:

英国剑桥大学研发的锂空气电池可以充电超过2000次。电池的理论功率利用率超过90%。

2009年，一个日本研究小组宣布了一种大容量锂空气电池的新结构。

美国的IBMAlmaden研究中心正在讨论锂空气电池，两家日本公司asahi和Central硝酸盐参与了这个项目。该小组计划在2020年之前停止锂空气电池的生产和使用。