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铝电池 更新时间:2017-12-01 16:54

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铝是理想的阳极材料,具有广阔的发展前景。

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铝是理想的阳极材料,目前有多种铝电池,例如:

AL/空气型

AL/空气型电池是一种新型高比能电池,铝以其独特的优势,将成为金属/空气电池阳极的首选材料。

AL/空气型电池中,铝合金负极在电池放电时不断消耗,并生成AL(OH)3;正极是多孔性氧电极。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OH。从可充电性来看,该电池可分为一次电池和机械可充的二次电池(即更换铝负极),电解液可分为中性溶液(NaCI或NHC1水溶液或海水)和碱性溶液。

Al/空气型电池可设计成应急电源、电动车用电源以及信号电源等。作为推进器用一次电源,具有高达300-400Wh/kg的实际比能量,远高于其他金属/空气电池J。电池结构和使用的原材料可根据实用环境和要求而变动,具有很大的适应性。但其组装的复杂性可能会阻碍其发展,通过合理的工艺改善其电池结构,提高其性能,将使得铝/空气电池取得进一步的发展。

熔盐铝型

铝在高温条件下具有较高电负性,是理想的熔盐体系电池电极材料。与水溶液电解质相比,熔盐电解质的优点主要为有高的电导率,低的极化率和高分解电势。而且铝在熔盐电解质中可发生电化学沉积,故可开发为铝二次电池。铝熔盐二次电池具有较高能量密度,但电池工作电压不高,且充电过程中铝容易形成铝支晶导致循环充放电性能不佳,过分的依赖于熔盐的组成。熔盐电解质需要高温或对环境要求苛刻,且成本较高难于维护,限制了铝二次电池的发展。

除此之外,还有其他铝电池,包括AL/AgO、AL/MnO2、Al/H2O2、Al/S、AL/MnO4、AL/Ni、AI/KFe(CN)6等。

铝电池产业化的难题与对策

铝电池虽研究较多,但却没有一种能真正实现工业产业化,究其原因有三点:

(1)铝容易形成致密的氧化膜,使铝电极电位迅速下降;

(2)铝较活泼且是两性元素,容易与介质发生严重析氢反应;

(3)碱性介质中,铝阳极成流反应和腐蚀反应产物均为AI(OH)3,不但降低电解质电导率而且增加铝阳极极化,使得铝电池性能恶化,生成的胶状AI(OH)3在无催化剂条件下很难转化为可溶于水的AI(OH)4-。

当前解决上述问题一般从以下三点出发:

(1)从铝合金本身出发,添加合金元素如In,Mn,Mg,Zn,Ga,Sn,T1等,改善铝合金阳极性能,使得铝在反应介质中得到活化;

(2)从反应介质出发,在反应介质中加入可降低铝阳极析氢速率的添加剂;

(3)从电池体结构出发,改善电池透气和排液结构,或设计为电解质循环结构。

铝电池前景

铝含量丰富且价格低廉,铝电池性能优秀且对环境友好,其产物无毒可用于其他工业用途而无需特别处理,是理想的电池体系;在当前资源匮乏,环境日益恶化的的情况下,铝电池的研究对于可持续发展有着重要意义。但铝电极在放电介质中的极化和寄生腐蚀反应等问题,严重地制约了铝电池的发展。通过铝合金阳极的微合金化,对电解质及电池结构研究的不断深入将逐渐推动铝电池体系发展。铝电池具有广阔的发展前景。

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