金屬空氣電池12879

1、應(yīng)用前景應(yīng)用前景原理原理舉例（以鋅舉例（以鋅鋁為例）鋁為例）簡介簡介金屬空氣電池金屬空氣電池的簡單金屬空氣電池的簡單介紹介紹金屬空氣電池金屬空氣電池(MAB)(MAB)是一是一類特殊的燃料電池類特殊的燃料電池, ,也是也是新一代綠色二次電池的新一代綠色二次電池的代表之一代表之一, ,具有成本低、具有成本低、無毒、無污染、比功率無毒、無污染、比功率高、比能量高等優(yōu)點高、比能量高等優(yōu)點, ,既既有豐富的資源有豐富的資源, ,還能再生還能再生利用利用, ,而且比氫燃料電池而且比氫燃料電池結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,是很有發(fā)展和是很有發(fā)展和應(yīng)用前景的新能源。下應(yīng)用前景的新能源。下面重點介紹鋰和鋁空氣面重點介

2、紹鋰和鋁空氣電池。電池。u電池的構(gòu)造u化學(xué)原理u鋰空氣電池使用及性能 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(fù)極的鋰金屬發(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(fù)極采用金屬鋰條，負(fù)極的電解液采用含有鋰鹽的有機(jī)電解液。中間設(shè)有用于隔開正極和負(fù)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(xì)化碳和廉價氧化物催化劑形成的正極組合。 放電時電極反應(yīng)如下: （1）負(fù)極反應(yīng)（LiLi+e-） 金屬鋰以鋰離子（

3、Li+）的形式溶于有機(jī)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(xì)化碳表面發(fā)生反應(yīng)后生成氫氧根離子（OH-）。在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(fù)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(dá)負(fù)極表面，在負(fù)極表面發(fā)生反應(yīng)生成金屬鋰。 （2）正極反應(yīng)（4OH-O2+2H2O+4e-） 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(xué)術(shù)振興會(J

4、SPS)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(bǔ)充負(fù)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。可以從用過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

5、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(dá)到目前的約67倍。因此，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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-空氣電池的負(fù)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(jìn)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(xué)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)。中性電解質(zhì)

6、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)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(dá)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(jìn)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