金屬空氣電池

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1、應(yīng)用前景原理舉例（以鋅鋁為例）簡介金屬空氣電池金屬空氣電池—簡介金屬空氣電池金屬空氣電池的簡單介紹金屬空氣電池(MAB)是一類特殊的燃料電池,也是新一代綠色二次電池的代表之一,具有成本低、無毒、無污染、比功率高、比能量高等優(yōu)點,既有豐富的資源,還能再生利用,而且比氫燃料電池結(jié)構(gòu)簡單,是很有發(fā)展和應(yīng)用前景的新能源。下面重點介紹鋰和鋁空氣電池。鋰空氣電池電池的構(gòu)造化學原理鋰空氣電池使用及性能電池的構(gòu)造電池通過放電反應(yīng)生成的不是固體氧化鋰（Li2O），而是易溶于水性電解液的氫氧化鋰（LiOH），這樣就不會引起空氣極的碳孔堵塞。另外，由于水和氮等無法通過固體電解質(zhì)隔膜，因此不存在和負極的鋰金屬

2、發(fā)生反應(yīng)的危險。此外，配置了充電專用的正極，可防止充電時空氣極發(fā)生腐蝕和劣化。負極采用金屬鋰條，負極的電解液采用含有鋰鹽的有機電解液。中間設(shè)有用于隔開正極和負極的鋰離子固體電解質(zhì)。正極的水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與由微細化碳和廉價氧化物催化劑形成的正極組合?；瘜W原理及原理圖放電時電極反應(yīng)如下:（1）負極反應(yīng)（Li→Li++e-）金屬鋰以鋰離子（Li+）的形式溶于有機電解液，電子供應(yīng)給導(dǎo)線。溶解的鋰離子（Li+）穿過固體電解質(zhì)移到正極的水性電解液中。（2）正極反應(yīng)（O2+2H2O+4e-→4OH-）通過導(dǎo)線供應(yīng)電子，空氣中的氧氣和水在微細化碳表面發(fā)生反應(yīng)后生成氫氧根離子（OH-）。在

3、正極的水性電解液中與鋰離子（Li+）結(jié)合生成水溶性的氫氧化鋰（LiOH）。充電時電極反應(yīng)如下:（1）負極反應(yīng)（Li++e-→Li）通過導(dǎo)線供應(yīng)電子，鋰離子（Li+）由正極的水性電解液穿過固體電解質(zhì)到達負極表面，在負極表面發(fā)生反應(yīng)生成金屬鋰。（2）正極反應(yīng)（4OH-→O2+2H2O+4e-）性能及應(yīng)用前景鋰空氣電池這是一種由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學術(shù)振興會(JSPS)共同開發(fā)出的一種新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。理論上可實現(xiàn)大容量的“鋰空氣電池”作為新一代大容量電池而備受矚目。不過此前的鋰空氣電池存在正極蓄積固體反應(yīng)生成物，阻隔了電解液與空氣的接觸，導(dǎo)致停止放電等問題。該技術(shù)極有望用于

4、汽車電池。如果在汽車用支架上更換正極的水性電解液，用卡盒等方式補充負極的金屬鋰的話，汽車可實現(xiàn)連續(xù)行駛且無需充電等待時間?？梢詮挠眠^的水性電解液中輕松提取金屬鋰，鋰能夠反復(fù)使用?？梢哉f是用金屬鋰作為燃料的新型燃料電池。鋰離子電池目前已經(jīng)開始在電動汽車上應(yīng)用，為了實現(xiàn)長距離行駛，作為蓄電池時的高性能化和低成本化備受期待。但目前的鋰離子電池受制于電池容量很難實現(xiàn)長距離行駛，要實現(xiàn)長距離行駛必須在汽車上配備大量的電池，因此存在車體價格大幅上升的問題。要實現(xiàn)電動汽車的普及，能源密度需達到目前的約6～7倍。因此，理論上能源密度遠遠大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。由于鋰空氣電池的正極使用空

5、氣中的氧做活性物質(zhì)，理論上正極容量無限大，因此可實現(xiàn)大容量。鋁空氣電池原理鋁-空氣電池的負極是鋁合金,在電池放電時被不斷消耗,正極是多孔性氧電極,跟H2/O2燃料電池的氧電極相同,電池放電時,從外界進入電極的氧氣(空氣)在電解質(zhì)、活性劑和催化劑的三相界面發(fā)生電化學反應(yīng)生成OH-。電解液可分為兩種,一種是堿性溶液，另一種為中性溶液(NaCl或NH4Cl水溶液或海水)。化學反應(yīng)鋁空氣電池的特點中性電解質(zhì)體系由于電導(dǎo)率較低且鋁酸鹽不可溶，因此功率難以提高。堿性體系能夠溶解一定的鋁酸鹽且電導(dǎo)率高，因此應(yīng)用于相對較高功率的需求。一般鹽性條件下的鋁-空氣電池與堿性鋁-空氣電池的區(qū)別主要體現(xiàn)在反應(yīng)產(chǎn)

6、物、電壓及功率上。鹽性條件下電壓低，適用于中小功率應(yīng)用，而堿性條件下電池電壓高,既可適用于小功率應(yīng)用,也可適用于中高功率應(yīng)用如作電動汽車電源等。鹽性條件下,反應(yīng)產(chǎn)物為不可溶的三水鋁石凝膠。由于凝膠狀物質(zhì)的產(chǎn)生,它會粘附在陽極的表面阻止電極反應(yīng),從而降低了反應(yīng)速率及陽極效率，通過加入特殊的抑制劑如SnO32-于電解液中［3］,以抑制劑為晶核,使三水鋁石以晶狀粉末形式存在,這樣自然沉淀于電解液的底層,從而消除了凝膠物質(zhì)的不良影響。堿性條件下反應(yīng)產(chǎn)物為可溶的Al(OH)4-，沒有沉淀問題（鋁酸鹽在溶液中達到飽和會析出），但會使電解液的電導(dǎo)率下降，從而影響電池性能。另外由于鋁的腐蝕反應(yīng)生成氫氣

7、并放出熱,以及電池對外做功也放出熱，因此必須對電池系統(tǒng)進行安全處理（如除氫，換熱）。綜合鋁-空氣電池的特點，其設(shè)計時除了應(yīng)選擇高電位、低析氫量的鋁陽極和低廉、高效的空氣陰極外，還應(yīng)注意以下幾個主要問題：1）氫氣的排除；2）三水鋁石凝膠或鋁酸鹽影響的消除；3）不同應(yīng)用場合的供氧系統(tǒng)；4）熱交換系統(tǒng)。由于鋁-空氣電池的應(yīng)用場合不同、功率大小不同、環(huán)境條件不同，因此造成其設(shè)計有較大差異。