铝空气电池综述.doc

铝空气电池综述
铝空气电池综述
铝空气电池综述
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；
Aluminumairbattery
Abstract:Aluminum/air(oxygen）fuelcellisoneoflong-lifeandhighenergydensitybatterieswithactualspecificenergyreached300-400Wh/kg，andmaybeenvironment.Itsstructureandmaterialstobeusedmaybedeterminedaccordingtothedemandofusers，havingexcellentadaptability.Thisbatteriesmayoperatenotonlyonlandbutalsoinsub—sea，andbeusedaspowersourceorsignalbattery。
Keywords：Aluminumbattery;Airbattery；

引言
人类社会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
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AIP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