《課題創(chuàng)新實驗中期答辯》PPT課件

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1、鋁-空氣電池材料及制備研究創(chuàng)新實驗中期答辯指導(dǎo)老師：馬正青組長：彭仁賜（材料0907班）組員：陸妍（材料0907班）、肖俏（材料1005班）煤炭石油等不再生能源緊缺，使人們不斷開發(fā)新能源。從第一代鉛酸電池到鋰電池再到如今的金屬空氣電池，電池電源系統(tǒng)的發(fā)展越越受到人們的關(guān)注。目前大家看好的鋰離子電池成本太高，容量不大，有必要研發(fā)性能更好的電池。金屬空氣電池是新一代綠色蓄電池，它的制造成本低、無毒、比能量高、原材料可收利用，性能優(yōu)越。一、課題背景目前研究較多的金屬空氣電池有鋅空氣電池、鋁空氣電池和鋰空氣電池等，與產(chǎn)業(yè)化最接近的只有鋅空氣電池。由于鋁比鋅的

2、更活潑，可以獲得較高的電池電壓，且一個鋁原子可以放出三個電子，而一個鋅原子釋放出兩個電子，鋁可提高電池的能量。此外，鋁來源廣泛、儲量豐富、價格低廉，故鋁金屬空氣電池的研究，開辟了一個廣闊的前景，其研究進(jìn)展十分迅速，是一種很有發(fā)展前途的空氣電池。對空氣電池的研究最早于20世紀(jì)70年代，美國集中于研究航海航標(biāo)燈、礦井照明等電源；80年代，加拿大的AluminumPower公司采用合金化的鋁陽極和有效的空氣電極，研發(fā)的電池體系在便攜式電源、備用電源以及水下推進(jìn)裝置應(yīng)用方面都獲得了飛速的發(fā)展。1、鋁空氣電池研究歷史和研究成果2、目前世界各國都致力于電動車或汽

3、車等大功率用鋁空氣電池的研究。國內(nèi)研究鋁空氣電池的單位較少，主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢大學(xué)、天津大學(xué)、北京有色金屬研究院等在氧電極、合金陽極方面做了部分工作。當(dāng)前這些單位己開始研制電動車用大容量、高能量密度電池。在相同條件下使用鋁空氣電池的電動車輛，成本明顯底于使用鉛酸電池和鎳氫電池的電動車。3、到目前為止，鋁合金陽極材料的研制已取得了較大進(jìn)展，但仍然存在一些問題，進(jìn)一步闡明鋁合金陽極的反應(yīng)活化機(jī)理，研制和開發(fā)出更多性能優(yōu)良的電池鋁合金陽極，并盡可能地降低其成本，成為鋁陽極研究的主要方向。二、課題研究意義、目的：能源危機(jī)燃料電池金屬空氣電池鋁空氣電池

4、鋁空氣電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域①電動車電源：由于鋁空氣電池的比能量高達(dá)320~400Wh/Kg,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)二次電池，使得電動車的行駛距離可以跟燃油車相比，另外鋁空氣電池采取更換鋁極板的方式“機(jī)械充電”，只需要幾分鐘就可以完成。?某些特殊場合的廉價高能電源：鋁空氣電池由于比能量高，這意味著電池連續(xù)工作時間大大延長，因而被廣泛用于移動通訊和廣播電視網(wǎng)絡(luò)的眾多中繼站、海底油井或氣井探測和生產(chǎn)過程中。?作為水下電源，已用于艦艇、監(jiān)視器、遠(yuǎn)距魚雷和潛水設(shè)施的能源。?小型便攜式電子裝置用電源：據(jù)報道，加拿大Trimo集團(tuán)開發(fā)的膝上電腦用鋁空氣電池能連續(xù)工作12~24小

5、時，而鋰離子電池一般只能用30分鐘到幾個小時，因此，鋁空氣電池在“個人電源”方面將有著十分光明的應(yīng)用前景鋁空氣電池的負(fù)極是鋁合金，在電池放電時被不斷消耗并生成Al(OH)3；正極是氧電極，攝取空氣中的氧：以氫氧化(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)或氯化鈉(NaCl)水溶液為電解質(zhì)。電池總的放電反應(yīng)為：三、鋁空氣電池工作原理堿性條件下電池反應(yīng):負(fù)極反應(yīng)(鋁電極氧化反應(yīng)),鋁溶解放出電反應(yīng)：正極反應(yīng)(氧電極還原反應(yīng)),氣體擴(kuò)散正極的電子反應(yīng)：電池電極的總反應(yīng)為:鹽性條件下電池反應(yīng)為:負(fù)極反應(yīng):正極反應(yīng):電池電極的總反應(yīng)為:但是兩種條件下都存在如下腐蝕反應(yīng):

6、四、鋁陽極材料優(yōu)點陽極材料電化學(xué)當(dāng)量/Ah.g-1理論電壓/V(對氧電極)理論能比/kWh.kg-1實測電壓/VLi3.863.413.02.4Al2.982.78.11.2-1.6Mg2.203.16.81.2-1.4Zn0.821.61.31.0-1.1表1常用電池陽極材料電化學(xué)性能比較(1)鋁電極是一種高強(qiáng)度能量載體。鋁的電化學(xué)當(dāng)量高，大約為鋅的4倍，只是比鋰的低；它的能量密度大，比能量高，目前實際可達(dá)300-400Wh/kg。同樣能量的鋁空氣電池其質(zhì)量僅為鉛酸電池的12%-15%。這一數(shù)值遠(yuǎn)高于當(dāng)今各種電池的比能量。雖然Li/SOCl2電池的

7、比能量與此相當(dāng)，但其安全性不好，這使它無法用于動力電池。(2)比功率中等，達(dá)到50-200W/kg，這一特性顯然是由氧電極所決定的，因為氧電極的工作電位遠(yuǎn)離其熱力學(xué)平衡電位。其交換電流密度很小，電池放電時極化很大。氫氧燃料電池的比功率不高，其原因也在于此。(3)使用壽命長。這主要取決于氧電極的工作壽命，因為鋁電極是可以不斷更換的。(4)安全可靠、無毒、無有害氣體，不污染環(huán)境。電池反應(yīng)消耗鋁、氧氣和水，生成Al(OH)3，后者是當(dāng)今用于污水處理的優(yōu)良沉淀劑。(5)可設(shè)計成電解液循環(huán)和不循環(huán)兩種結(jié)構(gòu)形式，分別適用于不同場合。(6)鋁資源豐富，原料充足，價

8、格便宜。所以金屬空氣電池中，鋁作為陽極無疑是一個很好的選擇！鋁陽極在中性電解質(zhì)中電勢為1.66V(vsSCE