铝_空气燃料电池的研究进展_唐有根

铝空气电池技术进展及其难题

铝空气电池技术进展及其难题作者：陈清泉来源：《新能源汽车报》2015年第03期近期，以色列Phinergy公司与美铝加拿大公司就其“铝一空气电池”的进一步研发问题签订了联合开发协议。

根据Phinergy公司的相关介绍，其Phinergy铝一空气电池100千克的续航里程可以高达3000英里（约合4800千米），并已经成功进行了搭载试验。

这项协议的签署说明铝一空气电池技术已经在以色列取得了一定突破。

并引起了投资者，尤其是铝业公司的高度关注。

铝一空气电池是由催化空气阴极、电解质和金属铝阳极组成，通过铝摄取空气中的氧，氧化为氧化铝从而释放出电子的一种化学电池。

其实，铝一空气电池作为非充电电池，早在20世纪60年代便已问世。

然而，尽管其具有非常高的能量密度，理论能量比达到8.1千瓦时/千克，但是其较低的放电功率和十分复杂的工艺、装置使其研发一直未能取得重大突破，因此很少受到人们关注。

此次，Phinergy公司表示，铝一空气电池的空气阴极配备的银基催化剂，采用了独特的创新结构，该结构可以使氧气顺利通过，可以将二氧化碳阻隔在外，有效避免电极的碳化问题，其工作寿命也因此可以达到数干小时。

并且，Phinergy宣称其还开发出一种金属铝阳极专有生产工艺，可以提高金属铝的能量利用率，从而大幅提高了铝一空气电池的放电功率。

技术的提高使得铝一空气电池的热度随即升温，甚至有人开始预想用铝一空气电池代替目前的锂离子电池，到时人们只需要每隔几个月更换一次铝板就可以实现电动汽车的能量补充，从而摆脱现有电动汽车续航里程不足、严重依靠充电基础设施的烦恼。

然而，从目前的情况看，铝一空气电池的技术突破还只是阶段性的。

Phinergy公司研发的这种铝一空气电池，在汽车搭载使用中依然需保留锂电子电池，铝一空气电池只是充当锂电池的辅助蓄能电池。

通过铝一空气电池相对较低的放电功率，给锂电池缓慢充电，从而将铝一空气电池高能量密度的特性与锂电池较高的放电功率巧妙地结合起来。

铝空气电池研究心得

铝空气电池研究现状及发展趋势详解铝-空气燃料动力电池的理论比能量可达8100Wh/kg，具有成本低、比能量密度和比功率密度高等优点。

作为一种特殊的燃料动力电池，铝-空气电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等应用方面具有巨大的商业潜力。

一、金属空气电池概述锂离子电池拥有较高的比能量，是目前研究较成熟且已经大规模商用的二次电池，但是近几年来，面对移动电子设备和电动汽车等领域的巨大发展，锂离子电池已难于满足其大容量的需求，特别是对能源依赖性很强的动力锂电池体系。

因此，拥有比锂离子电池比容量大几倍的金属空气电池应运而生，比如锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池等。

由于这类电池的正极活性物质重要来源于空气中的氧气，理论上的正极活性物质的量是无限的，所以电池理论容量重要取决于负极金属的量，这类电池拥有更大的比容量。

其中，铝-空气燃料动力电池的理论比能量可达8100Wh/kg，具有成本低、比能量密度和比功率密度高等优点。

作为一种特殊的燃料动力电池，铝-空气电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等应用方面具有巨大的商业潜力。

二、铝空气电池结构和原理从现有的研究成果和电池特性来分析，铝空气电池具有如下特点：（1）比能量高。

铝空气电池是一种新型高比能电池，理论比能量可达到8100Wh/kg目前研发的产品已经能达到300-400Wh/kg，远高于当今各类电池的比能量。

（2）比功率中等。

由于空气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，导致电池的比功率只能达到50-200W/kg。

（3）使用寿命长。

铝电极可以不断更换，因此铝空气电池寿命的长短取决于空气电极的工作寿命。

（4）无毒、无有害气体出现。

电池电化学反应消耗铝、氧气和水，生成Al2O3·nH2O，可用于干燥吸附剂和催化剂载体、研磨抛光磨料、陶瓷及污水处理的优良沉淀剂等。

中科院兰化所科技成果——金属(铝锌)空气电池

中科院兰化所科技成果——金属（铝锌）空气电池成果介绍
金属（铝锌）空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质，并通过载体活性碳做成的电极，与以铝锌为活性物质的负极进行反应的电池，是一种清洁绿色能源。

金属空气燃料电池具有大功率、高能量、体积小、重量轻的优点，可广泛应用于携带式电子设备电源、电动自行车电源、航标灯、无人观测站、无线电中继站、军事无线电发报机、电力车等领域。

性能指标
目前铝空气电池的比能已达320-400Wh/kg，锌空气电池为220～300Wh/kg，而且还有很大提升的潜力。

与铅酸电池和镍氢电池相比，金属空气燃料电池的比能量是铅酸电池的5-8倍，是镍氢电池的3-5倍，而单位成本却与铅酸电池差不多，是镍氢电池成本的1/4。

中科院兰州化物所长期致力于空气电池基础应用研究，单体电池模型开路电压可达1.4V，在1V时的电流密度可达150mA/cm2以上，电池可连续稳定长期运行，其比容量达0.75-2Ah/g；运行中，阳极消耗率可达98.7%，阳极放电效率可达70~90%。

合作方式
该技术处于国内领先地位，现可提供单体电池模型供厂家进行测试。

铝—空气电池研究现状及应用前景

收稿日期：２０１８－０６－０９基金项目：国家自然科学基金项目（２１７０６１９５）；贵州省科技基础研究计划项目（黔科合基础２０１６－１１４９）；贵州省教育厅普通高等学校科技拔尖人才项目（黔教合ＫＹ字２０１６－１０５）作者简介：郭雷（１９８７—），男，河南商丘人，博士，教授，主要应用电化学方面的研究。
（２）
正极空气电极通常由气体扩散层、活性催化层和集流体三
部分组成，其反应通常为：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－＝４ＯＨ－碱性介质中放电总反应为：４Ａｌ＋３Ｏ２＋４ＯＨ－＝４ＡｌＯ２－＋２Ｈ２Ｏ中性介质中的放电总反应为：
（３）（４）
４Ａｌ＋３Ｏ２＋６Ｈ２Ｏ＝４Ａｌ（ＯＨ）３
（５）
图１给出了中性盐介质中铝空气电池的工作机理示意图。
图１中性盐介质中铝空气电池工作原理示意图
２铝—空气电池的特性
铝空气电池的负极活性材料是含量丰富的金属铝，正极活性物质是空气中的氧气，正极容量可视无限大，而且铝空气电池的废弃产物可进行回收循环利用，这大大降低了电池成本。铝空气电池的负电极是铝金属材料，在使用的过程中可以不断地更换，因此铝空气电池寿命的比一般的电池寿命要长，一般能够达到３～４年的时间。铝空气电池具有质量轻的特点，同样能量的铝空气电池总质量仅为铅酸蓄电池质量的１２％，可以很好的运动到汽车行业中，能很好的减少车身重量［３］。
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍ－ａｉｒＢａｔｔｅｒｉｅｓ
ＧｕｏＬｅｉ，ＷｕＭｉｎ，ＨｅＪｉａｎｃｈｅｎｇ，ＷａｎｇＭａｏｌａｎ，ＬｉＣｈａｎｇｚｈｅｎ，ＸｕＣｈｅｎ

锂空气电池正极材料的研究进展

锂空气电池正极材料的研究进展摘要：随着能源产业的飞速发展和环境友好型社会的建设推动，锂空气电池以其极高的理论能量密度及无污染的特点，成为电池体系的研究热点之一。

锂空气电池正极材料对锂空气电池的性能起着重要作用，本文主要综述了锂空气电池正极材料的种类。

主要是碳材料、贵金属及合金，过渡金属及氧化物等。

关键词：锂空气电池，正极，单质，复合材料1引言锂空气电池根据电解液的状态不同，主要可分为水体系、有机体系、水-有机混合体系以及全固态锂空气电池[1]。

在有机体系锂空气电池工作时，原料O通2过多孔空气电极进入到电池内部，在电极表面被催化成氧离子或过氧根离子，与电解质中的锂离子结合生成过氧化锂或氧化锂，沉积在空气电极表面，当产物将空气电极的多孔结构完全堵塞时电池停止放电[2]。

锂空气电池概念自1974年被首次提出，因其不可比拟的理论能量密度，备受研究者的关注，历经几十年的发展和优化，其实际性能也得到了很大的提升，但是，当前的锂空气电池仍面临能量转换效率低、倍率性能差、循环寿命短等问题，极大地阻碍了其实际应用。

正极是锂空气电池的关键组成部分，其上面发生的氧还原反应（ORR)和析氧反应（OER）显著影响电池的工作性能，如过电位、倍率性能、循环稳定性等[3]。

因此，成功开发低成本、高活性、长寿命的高效双功能正极催化剂已成为促进锂空气电池性能提升和发展应用的迫切任务。

2锂空气电池正极单质材料种类碳材料：碳材料包括一些商业碳黑、多孔碳材料、碳纳米管和纳米纤维以及石墨烯等，由于高的导电性、低密度、低成本和易于构造多孔结构等优势，碳材料被广泛应用于锂空气电池中。

碳材料的低质量密度和高导电性有利于锂空气电池获得较大的重量比容量。

碳电极的孔结构可以用现有技术轻松调节，从而提高锂离子和氧气的传输效率[4]。

此外，碳材料的电子结构可以通过掺杂原子进行调整，掺杂原子可以形成催化Li2O2。

基于以上优点，碳材料既可以作为催化剂单独使用，也可以作为其他催化剂的载体使用。

金属空气电池的研究进展与应用前景探讨

金属空气电池的研究进展与应用前景探讨一、引言金属空气电池是一种新型高能量密度的电池，其电化学反应基于金属颗粒和空气中的气体反应，具有能量密度高、环保、无污染、可重复使用、可持续发展等优点，被认为是未来绿色能源的发展方向之一。

本文将就金属空气电池的研究进展和应用前景进行探讨。

二、金属空气电池的基本原理金属空气电池底物主要是金属颗粒和空气中的气体，电池工作时，金属颗粒与空气中的氧气发生化学反应，释放出电子和氢离子，形成氧化物及其它化合物，并产生电能。

其基本反应式可以表示为：Me + O2 + 2H2O → Me(OH)2 + 2e- + 2OH-其中，Me表示金属；O2表示氧气；H2O表示水；Me (OH) 2表示对应金属的氢氧化物。

通过逆反应，可以对电池进行再生。

三、金属空气电池的研究进展目前，金属空气电池的研究主要集中在以下几个方面：1、金属空气电池的电极材料金属空气电池的电极材料主要包括阳极和阴极。

其中，阳极是金属颗粒，可以使用锌、铝、铁等金属；阴极材料一般采用铂、碳、氧化锌等材料。

此外，近年来，石墨烯等新型材料也被尝试用于金属空气电池的电极材料。

2、金属空气电池的反应机理金属空气电池的电化学反应机理至今尚未完全清楚。

一些研究进展表明，在金属空气电池中，金属衰减现象和氧还原过程是主要限制因素。

因此，深入研究金属空气电池的反应机理是提高其性能和稳定性的关键。

3、金属空气电池的性能与稳定性金属空气电池的性能和稳定性是影响其应用前景的重要因素。

当前主要研究方向包括增加电池的能量密度和电化学反应效率，降低电解质的阻抗和改善电池的循环寿命等。

四、金属空气电池的应用前景金属空气电池在移动电源、储能、新能源汽车等领域有着广泛的应用前景。

1、移动电源金属空气电池具有高能量密度、轻便的特点，可以应用于移动电源，在手机、笔记本电脑等移动设备中替代电滑板车，改善电源历史中的闪存现象，使使用更加便捷。

2、储能金属空气电池在储能方面也具有广泛的应用前景。

铝_空气电池的研究进展_熊亚琪

有效的气固扩散电极理论。电极内部要形成尽可能多的、液三相电化学活性位点。空气电极一般由多孔催化层、导电集流体和防水透气层 3 层结构组成：多孔催化层是氧气被还原的主要场所，在这里，扩散进入的氧气、氧还原催化剂与薄层电解液交界处形成三相界面电化学活性位点；导电集流体主要起导电和机械支撑的作用；防水透气层具有疏松多孔憎水的结构，既为催化层提供反应所需的气体，又防止电解液
Abstract ： The research progress in anode alloys and heat treatment， electrolyte and additives， air electrode oxygen reduction mechanism and catalysts of aluminiumair battery was summarized.
［17 ］［16 ］
；锰系氧化物催化
将
Mn2 O3 等，剂主要是 MnO2 、稳定性较好但催化活性不突；金属螯合物催化剂主要有过渡金属大环螯合物、金属
［18 ］叶琳类和酞菁类等。以卟啉钴或卟啉铁为例，它的面对面
K2 MnO4 与柠檬盐、锡酸盐复合作为电极添加剂，使电池铝阳极的利用率从 28. 5% 提高到 81. 0% ，自腐蚀电流密度从 123. 8 mA / cm2 降低到 17. 87 mA / cm2 。
镓、铟和镁
［7 ］
是实现铝阳极活化和防腐最重要的基础元素，
铅、铋、锡、锌、镉和锰等可适量添加，以增强电化学性能。铝电极的电流效率和腐蚀形态取决于微观结构。微观还受热处理工艺的影响。热处理结构除了受合金化影响外，主要是通过改变铝合金中微量元素的分布和合金表面的微来影响合金性能，属工艺学的研究范畴。通过适合观结构，

铝空气综述

动力型铝空气电池研究进展摘要：铝是一种丰富廉价的有色金属，金属铝电池作为一种新型燃料电池，具有低成本、无毒害、高功率、高能量密度等优点,本文简述了金属铝电池的工作原理，并对铝阳极、空气阴极、催化剂、电解液和缓蚀剂等方面的研究概况进行了综述。

关键字：铝空气电池，铝电极，缓蚀剂，催化剂1 绪论1.1 金属-空气电池的发展据经济学家和科学家的普遍估计：到本世纪中叶，即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格将升到极高，不再适于大众化普及应用。

为了预防可能出现的能源危机，目前美国、日本等发达国家等都在积极开发如太阳能、风能、海洋能等可再生新能源。

但由于各方面的原因，上述能源均未能进行大规模的应用，如太阳能作为化石燃料替代首选，主要问题是其能量转换效率低，目前世界上太阳能电池的实验室效率最高水平为单晶硅电池，其能量转换效率仅为24％，而且使用成本高；核能的利用是一把双刃剑，既能带来较大的经济效益，又是一个潜在的威胁，由于日本福岛核电站的泄露，全球再一次对核能的安全利用产生了担忧。

自1800年伏特发明电池以来，化学电源作为一类清洁高效能源，经过两个世纪的研究，各类电池已经得到广泛的使用。

作为化学电源的一个重要部分，燃料电池拥有170 多年的历史。

燃料电池是一种通过电化学反应将存储在燃料中的化学能直接转化为电能的能量转换装置，其能量转换效率远高于内燃机，并且燃料电池具有高能量密度和功率密度、环保无污染等优点，金属-空气电池便是一类特殊的燃料电池。

金属-空气电池是一种采用活泼金属作为阳极、空气电极作为阴极的装置，电解质体系采用碱性、中性、以及双氧水等水溶性体系。

与常规的锂离子电池，镍氢电池相比，金属-空气电能量密度更高，价格更低廉，寿命长，安全环保等优点。

目前，研究的比较多的金属空气电池主要有镁-空气电池、锌-空气电池、铝-空气电池、锂-空气电池。

到目前为止，能产业化应用的只有锌空气电池。

相比其他类型的空气电池，铝空气电池具有独特的优势[1, 2]。

铝空气电池原理

铝空气电池原理
铝空气电池是一种新型的电池技术，使用铝和空气作为主要材料。

它的原理主要涉及两个过程：铝氧化和氧还原反应。

首先，铝极在电解液中发生氧化反应，将铝离子释放出来，并释放出电子。

这个过程可以表示为：
Al → Al3+ + 3e-
同时，空气（通常指的是氧气）在电极表面发生还原反应，接受铝电子，生成氧化物。

这个过程可以表示为：
O2 + 4e- + 2H2O → 4OH-
两个反应共同构成了铝空气电池中的电化学反应。

铝离子和氧化物离子通过离子导体（通常是电解液）进行离子传输，而电子则通过电路进行电子传输。

在电化学反应中，铝极逐渐被氧化，而空气电极逐渐被还原。

这导致铝空气电池产生了电势差，可以驱动电子在电路中流动，从而产生电能。

铝空气电池的优点是具有高能量密度、不可充电等特点，适用于一次性使用的电源。

然而，它也存在一些挑战，比如电极的反应速率和电解液的稳定性等问题，这些问题仍在研究中得到解决。

高能金属铝燃料电池的研究1

中国化学与物理电源学术年会论文集燃料电池Ｅ高能金属铝燃料电池的研究唐有根，卢凌彬（中南大学化学电源与材料研究所，湖南长沙，４１００８３）金属铝燃料电池以具有高能量密度的铝合金做燃料，直接将金属铝中蕴藏的化学能转变成电能。

金属铝理论比能量可达到４０５０Ｗｈ／Ｋｇ，制成电池后实际比能量也可达到３５０Ｗｈ／Ｋｇ，是锂离子电池（１５０Ｗｈ／Ｋｇ）的２倍多。

铝燃料电池做手机电池，待机时间超过６０天；做电动汽车电源，在相同的发动机重量下，补充一次燃料可以行驶１６００Ｋｍ。

金属铝燃料电池发电效率高，不存在环境污染，燃料储存极其安全，成本十分低廉，再充电只需更换金属燃料（仅需几分钟），是目前最有发展前途的电源，将成为近期实用化的高能电池技术。

金属铝燃料电池由阳极铝合金、石墨空气阴极和电解液组成，通过铝的“燃烧”产生电能。

铝作为电池的燃料，空气中的氧气则是助燃剂，金属铝与空气中的氧气之间发生电化学反应产生电流，电极反应生成的Ａ１（ＯＨ）４－Ｉ＇由流动的电解液带走，电池采用机械充电方式，通过置换铝板与添加电解液的方式进行充电。

由于铝在电解液中的腐蚀速度太快，产生大量的氢气，导致阳极的法拉第效率极低；同时铝表面所覆盖的氧化膜，致使铝阳极过电位升高，降低了阳极的电压效率，所以往往需要加入其它的元素进行改性。

通常在铝合金加入能降低氧化膜电阻，形成低共熔体合金，并且具有高氢超电位的金属元素。

镓、铟是提高铝合金电化学性能最重要的元素，而铅、铋、锡、锌、镁、镉等也可提高材料综合性能，锰可以与铁形成ＦｅＭｎＡＩ；，从而抑制Ｆｅ对铝阳极库仑效率的降低。

以Ａｌ—Ｇａ、Ａ１一Ｉｎ、Ａ１一Ｇａ—Ｉｎ合金为基质，再辅以铅、铋、锡、锌、镁、镉、铁等元素可以制成系列阳极材料。

加拿大铝业公司ＥＬＴＥＣＨ已研制了几种不同成分的具有高功率密度和高能最产出的铝合金。

此外，铝阳极的形状对电池性能也有一定影响，适宜的电极形状可以减小铝电极的腐蚀率，增大电池功率和放电密度。

铝空气电池用电解质的研究进展

（１．昆明冶金研究院，云南昆明６５００３１；
２．云南冶金集团创能铝空气电池股份有限公司，云南昆明
摘
６５０５０３）
要：铝空气电池是一种拥有高能量密度（＜４００Ｗｈ／ｋｇ）的一次电池，从上世纪６０年代发展至今，已有
（１．ＫｕｎｍｉｎｇＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ，Ｙｕｎｎａｎ６５００３１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＹｕｎｎａｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＧｒｏｕｐＣｈｕａｎｇｎｅｎｇＡ１－ａｉｒＢａｔｔｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，
６０ｙｅａｒｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｓｉｎｃｅｔｈｅ１９６０ｓ．Ｔｈｅｍａｉｎｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｉｓｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆａｌｕ — ｍｉｎｕｍｉｒａｂａｔｔｅｒｙ，ａｎｄｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｏｎｂａｔｔｅｙｒｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｉｒａｂａｔｔｅｒｙｈａｓｔｗｏｍａｉｎｐｏｂｒｌｅｍｓｉｎｔｈｅａｌｋａｌｉｎｅａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｏｎｅｉｓｔｈｅｓｅｌｆ－ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｎｄｔｈｅｐｓｓａｉｖａｔｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｆｏｍｅｒｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｏｂｒｌｅｍｓ，ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎａｇｅｎｔｉｓａｄｄｅｄｉｎｔｏａｌｋｌｉａｎｅａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｌｌｏｉｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｃａｎｂｅａ — ｄｏｐｔｅｄｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｎｅｗａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｅｌｅｃｔｏｌｒｙｔｅ，ｓｕｃｈａｓｅｔｈｙｌａｌｃｏｈｏｌ，ｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｎｄａＳＯｏｎ．

铝空气电池研究进展

摘要：金属空气电池以活泼的轻质金属为负极，配合燃料电池中的空气电极为正极，所以也被称为金属半燃料电池。铝是地球上已知储量最多的金属元素，且具有非常高的能量密度，因此铝空气电池自发现以来就受到了广泛的关注。本文主要从铝电极、空气电极和电解液三个方面出发，对铝空气电池研究进展进行归纳介绍，并对铝空气电池的应用前景进行展望。关键词：铝空气电池；铝电极；空气电极；催化剂；氧还原反应中图分类号：ＴＭ９１１．４１文献标识码：Ａ文章编号：１００８－７９２３（２０１９）０３－０１４７－０４
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＡｌ－ａｉｒｂａｔｔｅｒｙ
ＱＵＥＹｉ－ｐｅｎｇ１，ＱＩＭｉｎ－ｊｉｅ１，ＳＨＩＰｅｎｇ－ｆｅｉ２
（１．ＣｈａｏｗｅｉＰｏｗｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｘｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，３１３１００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
电过程中不会产生任何有毒性的物质，是一种清洁的能源系统。［３］
２铝空气电池的研究现状与进展２．１铝合金阳极

铝空气电池关键技术研究进展

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第5期·1396·化工进展铝空气电池关键技术研究进展王诚1，邱平达1，2，蔡克迪2，肖尧2，杨蕊2，左朋建3（1清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084；2渤海大学辽宁省超级电容器工程技术研究中心，辽宁锦州 121013；3哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江哈尔滨 150001）摘要：金属空气电池也称金属燃料电池，是一种将金属的化学能直接转化为电能的装置。

金属铝在地壳中储量丰富且具有较高的理论体积比能量，因此铝空气电池成为近年来关注的热点，然而金属铝在碱性电解液中的析氢问题一直是阻碍铝空气电池发展的主要因素。

本文综述了铝空气电池关键技术的研究进展，包括铝合金阳极、铝腐蚀抑制剂、空气电极结构、电解质、催化剂等方面。

使用含Sn 、Ga 、In 等元素的铝合金阳极，将金属铝加工成超细晶材质，在电解质溶液中添加铝腐蚀抑制剂均可在一定程度上提高铝电极效率。

铝空气电池已经在诸多领域实现应用，随着研究的继续深入，铝空气电池在能源行业将拥有广阔的应用前景。

关键词：金属燃料电池；铝空气电池；电解质；催化剂中图分类号：TM 911 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）05–1396–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.019Research progress of the key technologies for aluminum air batteryWANG Cheng 1，QIU Pingda 1,2，CAI Kedi 2，XIAO Yao 2，YANG Rui 2，ZUO Pengjian 3（1Institute of Nuclear and New Energy Technology ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China; 2Liaoning Engineering Technology Research Center of Supercapacitor ，Bohai University ，Jinzhou 121013，Liaoning ，China; 3School of ChemicalEngineering and Technology ，Harbin Institute of Technology ，Harbin 150001，Heilongjiang ，China ）Abstract ：The metal air battery ，also known as metal fuel cell ，converts chemical energy of metals directly into electricity. Due to the rich reserves of aluminum in the crust and the rather high theoreticalvolume specific energy ，the aluminum air battery has become one hot spot in recent years. However ，the hydrogen evolution of aluminum in alkaline electrolyte has been hindering the development of aluminum air battery. This paper reviews the research progress of the key technologies for aluminum air battery ，including aluminum alloy anode ，aluminum corrosion inhibitor ，structure of cathode ，electrolyte and catalyst and so on. The use of aluminum alloy anode containing Sn ，Ga ，In and other elements ，the processing of ultrafine grained aluminum ，and the addition of aluminum corrosion inhibitor into electrolyte solution can improve the efficiency of aluminum electrode in a certain extent. While aluminum air battery has been utilized in many areas ，it will have broader application prospects in the energy industry with the in-depth study.Key words: metal fuel cell ；aluminum air battery ；electrolyte ；catalyst金属空气电池是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的发电装置，与燃料电池类似，也称金属燃料电池，具有很高的理论能量密度和能量利用率，是开发新型高性能绿色电源的理想解决方案之一[1-2]。

高性能铝-空气电池阳极材料的研究

ＡｂｔａｔＮｏｅｉａｏｅｔｉｓｂｓｄｏｉｂＭｇａｌｓｒｔｄｃｄＴｅｔｉｌｆｌｍｎｍａｌｓｃ：ｅｔｒｎｄｅａａｅｎＡ— — ｌｙｅｉｒｕｅｈｅａａｕｉｕｌｙｒｃｍａｒｌＰｏａｎｏｍａｒｏｏ
ａｏｅｐｌｉｔｎｒｄｃｄｏｖｕｌ．ｅｓｂｅｐｔｔｌｖ．／ＨＯｆｏｅｍａｅｉｌｂｓｄｏｈｎｄｏａｚｉｅｕｅｂｉｓＴｔｌｏｅｉ（ｓＨｇｇ）ｏａｄｔｒｓａｅｎｔｅｒａｏｏｙｈａｎａｎａ
ｐａｅｎｓｄｅｌｃｏｈｍｉｌｍｅｏｓｅｏｍｎｅｏｔｌａｌｎｄａｅａｈｓｂｅｔｉｂｅｔｃｅｃｔｄ．Ｍｏｅｖｒ，ｔｅｆｆｈｏｒｌｕｄｙｅｒａｈｒｏｅｈ
ｅｅｔｏｅｉｄｓｏｖｄｅｅｌ．ｈｐｓｉｌａｏｅｏｍｅｅｔｒｌｌｙｌａｉｅｄｕｎｅｌｃｒｄｉｌｅｎＴｅａｓｅｍｃｎｎｔｆｒｄｏｎｏｅｉＡｌｓｉａｋｌｉｍａｄｔｓｓｖｙｖｂｎｃａｏｎｎｍｅｈ
Ｚｈｎｉｘｎ；ａｇＪａｉＺｈａｇＣｈａｘ；ｉｎｒｎｎｕｎｉＳＦｅｇｏｇ
（ｈｎＩｓｔｔｏｒｅｌｔｃｒｐｌｏ，ＳＣＷｕａ３０４ＣｉａＷｕａｔｕｅｆｎｉＭａｉｅｒｏｕｓｎＣＩ，ｈｎ４０６，ｈｎ；ｎＥｃｉＰｉ）
ｔｎｔｔｆｐｒ９．９％ｐｒｙｌｉｅ－ｏｒｓｎｒｔｄｃｅｓｄｒｐｄｙａｄｔｅｓｒｃｏｒｓｏｈａｕｅ（９９ａｈｏｕｉ）Ａ，ｔｓｌｃｒｏｉａｅｅｒａｅｉｌｎｕａｅｃｒｏｉｎｏｔｓｆｏａｈｆｆ

铝-空气电池的研究进展

铝-空气电池的研究进展宋时莉;李黎明;魏海兴【摘要】铝-空气电池以轻质金属铝作为阳极活性物质,以空气中的氧气作为阴极活性物质,具有容量大、比能量高、成本低、无污染等优点,被认为是未来很有发展潜力和应用前景的电池.铝-空气电池的研究工作可分为铝阳极、空气电极和电池结构等,从这几个方面对国内外的铝-空气电池研究现状进行介绍,并对铝-空气电池的未来研究方向进行展望.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)009【总页数】3页(P1412-1414)【关键词】铝-空气电池;铝阳极;空气电极;电池结构;催化剂【作者】宋时莉;李黎明;魏海兴【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一八研究所,河北邯郸056027;中国船舶重工集团公司第七一八研究所,河北邯郸056027;中国船舶重工集团公司第七一八研究所,河北邯郸056027【正文语种】中文【中图分类】TM912铝-空气电池是以铝为阳极活性物质，以空气中的氧气为阴极活性物质的一类特殊燃料电池，其理论比能量可达4 000 Wh/kg，实际比能量一般可达320～400Wh/kg，约为铅酸电池的6～8倍，氢镍电池的5倍。

铝-空气电池以其具有容量大、比能量高、质量轻、寿命长等优点，可满足用电设备对大电流大功率电池系统的需求，受到研究人员的广泛关注。

本文对铝-空气电池的原理进行简单介绍，并从铝阳极、空气电极及电池结构等方面综述了国内外的研究现状，最后提出了要重点解决的关键问题，并展望了铝-空气电池未来的发展方向。

1 铝-空气电池的原理图1 铝-空气电池结构示意图铝-空气电池由铝合金阳极（负极）、空气电极（正极）、中性或碱性电解液及电池壳体构成，其结构如图1所示。

电池放电过程中，铝不断被消耗并生成Al（OH）3，而氧气扩散到达空气电极的三相反应界面发生还原反应，其基本反应方程式为：2 铝-空气电池的研究进展2.1 铝阳极铝的活性和耐腐蚀性是相互制约的两个因素，目前，研究人员主要采取合金化方法解决铝的活性和耐腐蚀性的匹配问题，研究较多的元素有Ga、In、Mg、Zn、Sn、Mn、Bi、Pb、Ce、Ti等。

铝空气动力电池发展现状及存在问题

镓（G a）、铟（I n）、铅（P b）、铋（B i）、锡
下，板式电极的实际工作面积远远低（S n）等元素对铝阳极有一定的去极
于多孔电极。若铝电极也做成颗粒状、化作用，制得的铝合金阳极的电极电
粉末状或多孔状，其功率密度将大幅位一般可负移至-1.7 ～-1.9V。
96 484.56C =26.8A h，由此可以推（锂离子电池为嵌入、脱嵌形式，除在表 2中的理论容量和比能量只计算正
算出金属元素的理论电化学容量 A
=26.8 Z ( A h / g )，即相当于单位质量（1g）的金属元素发生对应的电化
学反应所能产生的电量。常见的用作
600W h / kg，高于锂离子电池的实际
此外，铝空气电池的反应物和生
比能量。
成物不涉及有毒、有害物质，放电反应
铝空气电池和锌空气电池均产物为氢氧化铝，氢氧化铝和碱性电
以氧气为正极反应物，金属燃料电解液都可回收利用。铝空气电池自腐
池在碱性环境下的正极反应为：蚀会产生少量的氢气，但不产生任何
电池更适合用作动力电池。
阳极极化的结果导致电池的电压比理
此外，目前业界对铝空气电池功论值大幅降低，实际比能量偏低。为了
率密度高低的认识还不统一。笔者认减小阳极极化，使铝阳极的电极电位
为铝空气电池的铝电极一般做成板式负移，常常会向纯铝中添加一些金属
电极，而其他类型电池的电极多为多元素，制备成特殊的铝合金，如添加
电池材料的金属元素有铅、锌、锂等，这些金属元素与铝的理论电化学容量如表 1所示。
上述元素中，锂、锌、铅是目前电池中应用最广泛的元素。锂因为摩尔质量最小而具有最大的理论容量，为 3.86A h / g。铝的理论容量为 2.98A h / g，仅次于锂，远大于锌和铅的理论容量。铝的理论容量较大，得益于铝的转移电子数较高、且摩尔质量比传统的电池材料锌和铅低很多。铅酸蓄电池是发展较早、应用最广、技术最成熟的电池，但由于其单位质量的容量小、比能量低，且重金属铅易导致

铝空气燃料电池的研究进展

气燃料电池组, 并且一直在从事电动车用中小功率中性电解液铝空气燃料电池研究[ 8- 10] , 目前一些电池正在步入商业应用阶段。武汉大学在 90 年代对海水铝空气燃料电池也做了初步研究探索[ 11] 。
但是近年来研究机构却越来越少, 相关报道也极少。因此本文就目前国外铝空气燃料电池的研究情
理论上一些过渡元素可以作为很好的催化剂[25] 实践中证明银、铂和锰等可作为反应的有效
催化剂。由于氧在水溶液中的溶解度和扩散速度都很小, 因而两相电极的电流密度小。随着有机粘接材料如聚四氟乙烯和先进制膜技术的发展, 目前开始使用三相气体扩散电极[ 26] 。图 3 是一盐性铝空气燃料电池结构简图。
铝空气燃料电池是一种新型高能量化学电源[1] 。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[ 2- 4] 。因而在众多电池中脱颖而出, 被世界各国普遍看好。美国、加拿大、前南斯拉夫、印
度、挪威、英国、日本等国都在进行积极研究。由
阴极反应: O2+ 2H2O+ 4e- ] 4OH-
电池电极的总反应为:
4Al+ 3O2+ 6H2O ] 4Al ( OH) 3 但是两种条件下都存在如下腐蚀反应:
2Al+ 6H2O ] 2Al ( OH) 3+ 3H 2 由于铝金属的腐蚀反应, 生成氢气, 因此必须
对电池系统进行安全处理, 预留排气孔等处理。
第 26 卷第 2 期 2003 年 3 月
兵器材料科学与工程 OR DNANCE MAT ERIAL SCIENCE AND ENGINEER ING

铝空气电池负极材料热处理的研究进展

铝空气电池负极材料热处理的研究进展
唐有根;刘小锋;宋永江
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2008(000)0Z1
【摘要】以铝为负极的铝空气电池具有较高的理论电压和比能量,有很好的发展前景,一直是研究的热点,但铝阳极的腐蚀和极化相当严重,制约了铝空气电池的开发和应用。

热处理能显著地影响铝阳极的电化学性能,适当的热处理有利于减小负极材料的腐蚀和极化,改善负极性能。

综述了近年来铝空气电池负极材料口铝及铝合金热处理的研究进展。

【总页数】4页(P47-50)
【作者】唐有根;刘小锋;宋永江
【作者单位】中南大学化学化工学院;丰日电气集团股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM911
【相关文献】
1.铝空气电池阳极材料的研究进展 [J], 李碧谕;东青;张佼;王俊;孙宝德
2.热处理温度对石墨复合负极材料电化学性能的影响 [J], 郑安华;杨学林;夏冬冬;吴璇;温兆银
3.铝空气电池阳极、空气阴极及电解质材料研究进展 [J], 张雨;张慧芳;安士忠
4.汽车氢镍电池负极材料的热处理与性能研究 [J], 陶炳全;张华;杨星焕;罗志敏;卢凤喜
5.MH/Ni电池正负极材料研究进展(II)——负极材料 [J], 杨书廷;尹艳红;丁玉珍;赵培正;吕庆章;赵林治;张明春;丁立
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