铝空气电池在实际应用之中发现的问题
铝空气电池实验报告
一、实验目的1. 了解铝空气电池的基本原理和制备方法；2. 掌握铝空气电池的性能测试方法；3. 分析影响铝空气电池性能的因素。
二、实验原理铝空气电池是一种以铝为阳极，空气中的氧气为阴极的化学电池。
其基本原理是铝在阳极发生氧化反应，氧气在阴极发生还原反应，通过电解液传递电子，从而实现电能的输出。
电池总反应式如下：阳极：Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e-阴极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-三、实验材料与仪器1. 实验材料：铝片、石墨棒、高岭土、氢氧化钠、蒸馏水、泡沫镍、玻璃管、胶塞、导线、电极连接器等。
2. 实验仪器：电子天平、剪刀、烧杯、玻璃棒、搅拌器、恒温水浴锅、万用表、充电器、放电仪等。
四、实验步骤1. 准备电解液：将一定量的氢氧化钠溶解于蒸馏水中，配制成一定浓度的碱性溶液。
2. 制备铝空气电池：将铝片和石墨棒分别作为阳极和阴极，用玻璃棒将它们固定在玻璃管内，确保电极之间距离适中。
3. 添加电解液：将配制好的碱性溶液倒入玻璃管内，使电解液充满电极间隙。
4. 组装电池：将泡沫镍作为集流体，连接到铝片和石墨棒上，并用胶塞密封玻璃管。
5. 性能测试：将组装好的电池连接到放电仪上，进行放电测试；连接到充电器上，进行充电测试。
五、实验结果与分析1. 放电测试：在放电过程中，电池的电压逐渐下降，放电曲线呈现典型的铝空气电池放电曲线特征。
2. 充电测试：在充电过程中，电池的电压逐渐上升，充电曲线呈现典型的铝空气电池充电曲线特征。
3. 性能分析：通过对比不同电解液浓度、电极材料、电解液添加量等因素对电池性能的影响，分析得出以下结论：（1）电解液浓度对电池性能有较大影响，随着电解液浓度的增加，电池的电压和容量逐渐提高；（2）电极材料对电池性能也有较大影响，石墨棒作为阴极材料时，电池的电压和容量较高；（3）电解液添加量对电池性能有显著影响，适量的电解液添加量可以提高电池的电压和容量。
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。
铝空气电池为什么推广不了铝空气电池优缺点
铝空气电池为什么推广不了铝空气电池优缺点铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似，铝空气电池以高纯度铝Al（含铝99.99%）为负极、氧为正极，以氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质。
铝摄取空气中的氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为氧化铝。
下面小编给大家介绍一下“铝空气电池为什么推广不了铝空气电池优缺点”1.铝空气电池为什么推广不了铝空气电池相关技术有待提升完善，超级电容和国内已有生产厂家比都落后。
比能量大铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg，2014年的铝空气电池的实际比能量只达到350Wh/kg，但也是铅酸电池的7～8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。
采用铝空气电池后，车辆能够明显地提高续驶里程，国外有关资料介绍，美国加利福尼亚州在使用铝空气电池的电动汽车上，有过只更换一次铝电极续驶里程达1600km的记录。
2.铝空气电池优缺点优点：1、铝空气电池无毒危险铝对人体本身并不会生成危害，还可以回收利用反复的使用，不污染空气。
铝的原材料多种多样，已具备大范围的铝冶炼厂，成本费用较低。
铝回收利用再生方便快捷，回收利用再生成本也较低。
并且还可以使用更换铝电极的方法，来彻底解决铝空气电池充电比较慢的状况。
2、铝空气电池质量轻在我国开发设计和制造的牵引用动力型铅酸蓄电池的总动能为13.5k瓦每小时，总质量为375kg。
而同样动能的铝空气电池总质量仅45千克，为铅酸蓄电池质量的13%。
重要是因为电池质量很大程度上减轻，机动车辆的整车整备质量也下降，还可以提升机动车辆的装载动能或延长续驶行程。
3、铝空气电池比能量大铝空气电池的理论比能量可以达到8100瓦每小时/千克，2015年的铝空气电池的实际比能量只达到三百五十瓦每小时/千克，但也是铅酸电池的7～8倍、镍氢电池的5.8倍、锂离子电池的2.3倍。
使用铝空气电池后，机动车辆能够非常明显地提升续驶行程缺点：1、当铝和氧气发生反应生成动能时，可用的铝含量会随着放复电而减少。
铝-空气电池空气电极的研究概述
铝-空气电池空气电极的研究概述本文主要介绍了铝-空气电池及其发展前景和研究现状。
利用静电纺丝法制备钴碳复合纤维材料用于铝-空气电池的空气阴极，不同掺杂浓度的过渡金属钴氧化物作为氧还原催化剂催化空气电极反应。
对制备的碳纤维空气电极进行了SEM、TEM和激光拉曼光谱的测量和分析，详细的电化学实验表明，6.6%的硝酸钴掺杂质量分数的样品表现出最佳的性能。
我们探索适宜的催化剂浓度来提高碳纤维材料的氧还原催化能力的自组合的空气电极的制备。
电池放电试验是在二电极系统采用复合碳纤维空气阴极和一个铝板阳极，电解液为2 mol/L NaCl水溶液的封闭系统。
1.1 铝-空气电池铝是地壳中储量最多的金属，全球的工业储量超250亿吨[1]，其金属单质具有较活泼的还原性，该金属能量密度仅次于金属锂，其理论电化学当量2.98Ah/g，体积当量8.04 Ah/cm3[2]。
目前工业上已能通过电解方式大规模廉价获得金属铝，金属铝具有易保存、易运输、易加工、反应安静且安全、对环境友好无污染的特性，所以金属铝在能量储存和转换方面的应用一直以来就备受人们的重视。
1850年Hulot尝试性采用铝作电池阴极，1960年左右Zaromb等人确定了铝-空气电池的可行性；EIecrodynamics 、Dow及LLNL等公司联合组成的V oltek公司开发出第一个用于驱动汽车的实际应用动力型V oltek A-2铝-空气电池[2]。
据悉，在Yang Shaohua等人研究的铝-空气电池中，回收反应产物的铝阳极的成本价格约为6元人民币每千克，在铝-空气电动汽车中总效率能够达到15%（为当时实验阶段的数据，后期可达到20%），比普通电动汽车13%的效率要高。
其设计的电池能量密度为1300Wh/kg，并且有望达到2000Wh/kg。
整个电池系统估价为30美元每千瓦，并在实际规模生产中可能降低到29美元每千瓦。
而且作为电动车的推进动力，铝所含能量以单位重量计约为单位重量汽油的一半，以单位体积计约为汽油的3倍[15]。
铝-空气电池空气电极的研究
铝-空气电池空气电极的研究本文主要介绍了铝-空气电池及其发展前景和研究现状。
利用静电纺丝法制备钴碳复合纤维材料用于铝-空气电池的空气阴极，不同掺杂浓度的过渡金属钴氧化物作为氧还原催化剂催化空气电极反应。
对制备的碳纤维空气电极进行了SEM、TEM和激光拉曼光谱的测量和分析，详细的电化学实验表明，6.6%的硝酸钴掺杂质量分数的样品表现出最佳的性能。
我们探索适宜的催化剂浓度来提高碳纤维材料的氧还原催化能力的自组合的空气电极的制备。
电池放电试验是在二电极系统采用复合碳纤维空气阴极和一个铝板阳极，电解液为2 mol/L NaCl水溶液的封闭系统。
关键词：铝-空气电池，空气电极，碳纤维，硝酸钴第一章文献综述1.1 铝-空气电池铝是地壳中储量最多的金属，全球的工业储量超250亿吨[1]，其金属单质具有较活泼的还原性，该金属能量密度仅次于金属锂，其理论电化学当量2.98Ah/g，体积当量8.04 Ah/cm3[2]。
目前工业上已能通过电解方式大规模廉价获得金属铝，金属铝具有易保存、易运输、易加工、反应安静且安全、对环境友好无污染的特性，所以金属铝在能量储存和转换方面的应用一直以来就备受人们的重视。
1850年Hulot尝试性采用铝作电池阴极，1960年左右Zaromb等人确定了铝-空气电池的可行性；EIecrodynamics 、Dow及LLNL等公司联合组成的V oltek公司开发出第一个用于驱动汽车的实际应用动力型V oltek A-2铝-空气电池[2]。
据悉，在Yang Shaohua等人研究的铝-空气电池中，回收反应产物的铝阳极的成本价格约为6元人民币每千克，在铝-空气电动汽车中总效率能够达到15%（为当时实验阶段的数据，后期可达到20%），比普通电动汽车13%的效率要高。
其设计的电池能量密度为1300Wh/kg，并且有望达到2000Wh/kg。
整个电池系统估价为30美元每千瓦，并在实际规模生产中可能降低到29美元每千瓦。
金属空气电池在军民两用领域的应用研究
文章编号：1009-8119 ( 2018 ) 03 ( 1 ) -0064-04金属空气电池在军民两用领域的应用研究史腾飞李仲铀董姗姗王珊珊(中国船舶工业综合技术经济研究院，北京100081摘要随着新能源技术的不断发展，金属空气电池因其具有容量大、成本低、清洁环保及放电稳定安全等特性而受到了广泛重视。
与传统的燃料电池相比，金属空气电池以氧气作为氧化剂，活性金属作为负极，并通过与 电解液进行反应而产生电能，其原理与干电池类似，是当前新能源电池发展的重要方向之一。
对当前几种前沿金 属空气电池的研究进展及其应用进行了分析与研究。
关键词金属空气电池，军用，民用，应用近年来，随着新能源技术的发展，电力系统越来越多 地被应用于代替传统的能源系统，充电站、电动汽车、电 力推进器系统等已成为当前新能源技术应用的热门方向， 而电源装置则是新能源技术发展的关键。
金属空气电池是 一种新型化学电池，兼具原电池和燃料电池的优点，具有 比功率高、使用年限长、节能环保等优点，并且因原材料 较为丰富而成本较低，是面向21世纪的新型清洁绿色能源 之一。
目前，金属空气电池的主要类型有铝一空气电池、 锌一空气电池、镁一空气电池、埋一空气电池、钠一空气 电池，以及铁一空气电池。
本文将对以上几种金属空气电 池的国内外研究进展及应用情况进行介绍。
1金属空气电池发展情况概述1.1金属空气电池的原理及结构金属空气电池是以金属或金属混合物为电池负极，以 空气中的氧或纯氧作为正极的活性物质，在中性或者碱性 电解液的条件下发生氧化还原反应，在反应中释放电子而 产生电流的装置，如图1所示。
图1金属空气电池放电时的状态在放电时，氧气在正极发生还原反应，方程式如下:O 2+2H 2O +4e -—4OH -相应的负极通常只能以不同金属M 失去电子来进行平衡，反应方程式如下：M ^M "++«e -由于负极所用的金属不同，金属电池的性质有所不 同。
铝空气电池工作原理_铝空气电池致命缺点
铝空气电池工作原理_铝空气电池致命缺点展开全文铝空气电池工作原理铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似，铝空气电池以高纯度铝Al（含铝99.99%）为负极、氧为正极，以氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质。
铝摄取空气中的氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为氧化铝。
铝空气电池的进展十分迅速，它在EV上的应用已取得良好效果，是一种很有发展前途的空气电池。
铝空气电池构造特点在单体电池中以铝（Al）为负极、氧为正极，在铝空气电池两侧有一对辅助空气电极，作为铝空气电池正极，在工作时只消耗铝和少量的水。
铝空气电池主要特点（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、无有害气体产生。
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。
（5）适应性强。
电池结构和使用的原材料可根据实用环境和要求而变动，具有很强的适应性。
（6）电池负极原料铝廉价易得。
相比于其他的金属，金属铝的价格比较低，金属阳极的制造工艺比较简单。
铝空气电池致命缺点铝对人体不会造成伤害，可以回收循环使用，不污染环境。
铝的原材料丰富，已具有大规模的铝冶炼厂，生产成本较低。
铝回收再生方便，回收再生成本也较低。
而且可以采用更换铝电极的方法，来解决铝空气电池充电较慢的问题。
正如所有的事物有其优秀的一面也有不足的一方一样，铝空气电池也有不足之处。
虽然它含有高的比能量，但比功率较低，充电和放电速度比较缓慢，电压滞后，自放电率较大，需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热。
影响铝空气电池的原因
铝空气电池是一种具有应用前途的电池，但受到多种因素的影响。
首先，铝空气电池的电解液一般使用强碱性电解液，因为电池的放电产物在中性及弱碱性溶液中极易生成沉淀，絮凝状沉淀会堵塞在电池内部无法排出，影响电池的放电性能。
同时，强碱性电解液的使用也会导致铝金属腐蚀，缩短电池的寿命。
其次，铝电极需要不断更换，因为铝氧化膜破坏易导致产生大量氢气，且铝电极需要不断更换。
这些问题限制了铝空气电池的发展。
此外，铝电极的制造工艺也是影响铝空气电池性能的因素之一。
由于纯度高达99.99%的高纯度铝制造难度大，成本高，且贵金属催化剂的使用也会增加成本。
这些因素导致铝空气电池难以随着产量规模的增加来降低成本。
综上所述，要克服铝空气电池在实际应用中面临的挑战和限制，需要综合考虑电解液、电极材料、制造工艺等因素的影响。
通过不断的研究和改进，有望推动铝空气电池的发展和应用。
铝空气动力电池发展现状及存在问题
动。 锂 负极 或 锂离 子 电池 的 电流密 度
为５ ０～１ ０ ０ ｍＡ／ ｃ ｍ ， 锌 负 极 的 电流 密度 一般低于 ２ ０ ０ ｍＡ／ ｃ ｍ 。
２ ． 铝 空气 电池理论 电压 较高 ，质 量比能量高
碱 性 溶 液 中铝 空气 电池 的理 论 电压 为 ２ ． ７ ３ Ｖ， 实 际放 电 单 体 电压
且 铝 空气 电池 的 正 极 反 应 物 为 大 气 中的氧气 ， 参 与 反 应 的 氧 气 质 量 不 用 计 算 在 电 池 装 置 的质 量 之 内 ， 故
该 电池 的质 量 比能量 高 ， 在表 ２ 列 出 的 电 池 中， 铝 空 气 电池 的理 论 比能
于 铝 的转 移 电子数 较 高、 且 摩 尔质 量
车 领域研 究 的 热点 。 解决 石油 燃料短
缺和污染的最佳方式是开发 出与石 油等效或接近等效的环保型替代燃
料， 而在 没 有开 发 出合适 的替 代燃料 之前， 研 究 开发 新型 动力 电池就 显得
重要且 迫切 。
因此， 科学界和产业界对新型动
力 电池 的研究 从未 止 步。 除上 述类 型
Ａ
＝
４ ０ ０～６ ０ ０ Ｗｈ ／ ｋ ｇ （ 见表２ ） ， 甚 至更高 。 表２ 中 的理 论容 量和 比能量 只计算 正 极 和 负极 材料 的质量 ， 没有 考虑 电解 液 及包 装 壳体 的质量 ， 实 际 比能量 为 考 虑整 个 电池装 置总 重 后 的 比能 量 。 铝 空气 电池 的理 论开 路 电压 （ 不 考虑 正 负极极 化 ， 根 据 能斯特 方程 进 行计
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 ． ８ ６ Ａｈ／ｇ 。 铝 的理 论 容 量 为 ２ ． ９ ８ Ａｈ／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
铝-空气电池阳极及电解液的研究
The aluminum-air battery with open configuration was successfully assembled using Al alloy as anode, air electrode as cathode and NaCl solution as electrolyte. The magnesium-air battery with close configuration was also prepared with pure Mg anode. The electrochemical performance of Al alloy and Mg anodes and the effects of different configuration parameters on the discharge performance were systematically investigated by hydrogen evolution, polarization, discharge performance and SEM, based on which the best configuration parameters and electrochemical performance of aluminum / magnesium-air battery were obtained.
燃料电池(fuel cell)是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ连续不断地转化为电能的电化学 装置。燃料电池的活性物质储存在电池之外，只要不断地供给燃料和氧化剂就能一直发电，因而容量是 无限的。其最大特点是反应过程不涉及燃烧，能量转换等温进行，其实际使用效率远高于普通内燃机。 燃料电池作为高效、洁净的能源利用新技术，已成为当今世界能源领域的开发热点[4]。
铝空气电池的能量密度要求与材料优化
铝空气电池的能量密度要求与材料优化铝空气电池（Aluminum-air battery）是一种环保、高能量密度的电池技术，具有广阔的应用前景。
然而，要实现高能量密度的铝空气电池，需要优化电池材料，以提高其能量密度和电池性能。
本文将探讨铝空气电池的能量密度要求以及材料的优化。
一、铝空气电池的能量密度要求铝空气电池的能量密度是指单位质量或单位体积的电池可以储存的能量。
对于铝空气电池来说，要实现高能量密度，可以从以下几个方面来考虑：1. 提高阳极反应的效率：铝空气电池的阳极反应是铝金属与空气中的氧气反应产生氧化铝的过程。
阳极反应的效率越高，铝金属的利用率越高，从而可以储存更多能量。
2. 优化氧还原反应：铝空气电池的阴极反应是氧气还原为氢氧化铝。
优化氧还原反应的速率和效率，可以提高铝空气电池的电池性能和能量密度。
3. 提高电池电压：铝空气电池的电压决定了电池单电池的能量密度。
提高电池电压可以增加单位体积内的能量储存量。
4. 降低电池的质量：铝空气电池要实现高能量密度，需要尽可能降低电池的质量，使得单位质量内的能量储存量更高。
二、材料优化为了满足高能量密度的要求，铝空气电池需要进行材料的优化。
以下是一些常用的材料优化措施：1. 优化阳极材料：选择合适的阳极材料是提高阳极反应效率的关键。
目前，常用的阳极材料是纯铝箔或高纯度铝棒。
可以通过改进制备工艺或引入催化剂来提高阳极反应效率。
2. 优化阴极催化剂：阴极催化剂可以促进氧还原反应的进行，并提高反应速率和效率。
常用的阴极催化剂包括白金、碳纳米管等，但它们成本高、稀缺、易受污染等问题制约了其应用。
因此，寻找低成本、高效的替代材料成为材料优化的重要方向。
3. 改进氧供应系统：氧气是铝空气电池的阴极材料，提供足够的氧气对于保持氧还原反应的进行至关重要。
因此，改进氧供应系统，提高氧气的透过性和扩散速率，可以提高铝空气电池的性能和能量密度。
4. 优化电解质：设计合适的电解质可以提高铝空气电池的电池电压和性能。
铝-空气电池废电解液制备片状氧化铝的研究
第43卷第4期2024年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.4April,2024铝-空气电池废电解液制备片状氧化铝的研究王丽君,武杏荣,王艳茹,申星梅,曹发斌(安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室,马鞍山㊀243002)摘要:以铝-空气电池废电解液为原材料,用硫酸铝调节pH 值,用硫酸钾作为熔盐制备片状氧化铝(α-Al 2O 3),研究了合成温度㊁晶种添加量对α-Al 2O 3粉体体积分数㊁粒度大小及粒度分布的影响规律㊂通过X 射线衍射仪㊁扫描电子显微镜和激光粒度仪等,对加入不同晶种量的α-Al 2O 3粉体的结构和形貌进行表征㊂结果表明,添加晶种后可以提高α-Al 2O 3粉体的体积分数,减小α-Al 2O 3粉体的粒度,使α-Al 2O 3粉体的粒度分布更集中,同时使α-Al 2O 3粉体更分散㊂此外,当晶种添加量为5%(质量分数)时,制备出的片状α-Al 2O 3的体积分数可达97.0%,平均粒度约为7.24μm㊂㊀关键词:片状氧化铝;铝-空气电池废电解液;晶种;粒度;熔盐法;分散性中图分类号:X703;TQ133.1㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)04-1490-09Preparation of Flake Alumina Using Aluminum-Air Battery Waste Electrolyte as Raw MaterialWANG Lijun ,WU Xingrong ,WANG Yanru ,SHEN Xingmei ,CAO Fabin(Key Laboratory of Metallurgical Emission Reduction &Resources,Ministry of Education,Anhui University of Technology,Ma anshan 243002,China)Abstract :In this paper,the flaky alumina (α-Al 2O 3)powder was prepared with using aluminum-air battery waste electrolyte as raw material,adjusting pH value with aluminum sulfate,and using potassium sulfate as molten salt.And the effects of synthesis temperature and crystal seed amount on the volume fraction,particle size,and particle size distribution of α-Al 2O 3powder were studied.The structure and morphology of α-Al 2O 3powder with different amounts of crystal seed were characterized by X-ray diffractometer,scanning electron microscopy,and laser particle size analyzer.The research results show that the volume fraction of α-Al 2O 3powder increases,the particle size is reduced,the particle size distribution is more concentrated and the dispersity is better after adding crystal seed.In addition,when the crystal seed amount is 5%(mass fraction),the volume fraction of prepared flaky α-Al 2O 3can reach 97.0%,and the average particle size is about 7.24μm.㊀Key words :flaky alumina;aluminum-air battery waste electrolyte;crystal seed;particle size;molten salt method;dispersity 收稿日期:2023-10-25;修订日期:2023-12-15作者简介:王丽君(1999 ),女,硕士研究生㊂主要从事粉体材料制备方面的研究㊂E-mail:1312404096@通信作者:武杏荣,博士,教授㊂E-mail:music@0㊀引㊀言铝在自然界的储量丰富,金属铝质量轻,加工简单,加之铝-空气电池的理论能量密度非常高,电量供应平稳,因此具有潜在的应用前景[1-3]㊂铝-空气电池早期主要应用于航空航天及其他军事领域,目前主要研究领域更偏向于生活电源或通信电源,有研究[4]表明铝-空气电池作为电动汽车动力来源有成本低㊁续航里程长等优点㊂但是铝-空气电池为一次性电池,放电完成后会产生大量的碱性废电解液,主要为铝酸钾或铝酸钠,处理这些碱性废液需要花费大量成本㊂随着铝-空气电池的研究与应用,促进废电解液的回收利用可以降低铝-空气电池的使用成本,同时还能减轻因铝土矿大量开采对资源和环境造成的压力㊂α-Al 2O 3是氧化铝所有晶型中热稳定性最高的晶型,同时还具有良好的耐磨㊁耐腐蚀和抗氧化等性能㊂第4期王丽君等:铝-空气电池废电解液制备片状氧化铝的研究1491㊀在各种不同氧化铝的形貌中,片状α-Al 2O 3因独有的板状结构,表面平整,反射光能力强,同时还兼具微纳米材料的优良性能,在珠光颜料㊁导热填料㊁功能涂膜㊁增韧陶瓷和精细抛光中有着广泛的应用前景[5-8]㊂在采用液相法制备α-Al 2O 3的过程中,通常是先合成铝的氢氧化物前驱体(如拜尔石㊁勃姆石㊁三水铝石等),再经过热处理合成α-Al 2O 3产物,常采用溶胶凝胶法㊁沉淀法㊁溶液燃烧法㊁熔盐法等[9-12]㊂一般认为,拜尔石是最难转变成α-Al 2O 3的前驱体,其完全转变温度高于1200ħ,而勃姆石较拜尔石更容易转变为α-Al 2O 3[13-14]㊂采用液相法合成氧化铝粉体容易调控颗粒的形状和粒径[15]㊂但α-Al 2O 3粉体在高温下煅烧易发生局部烧结产生硬团聚而增大,使粉体性能劣化㊂要改善这种硬团聚现象可以在煅烧时加入具有刚玉结构的晶种,为异质成核提供低能成核点,从而降低相转变所需相变温度,在更低的温度下合成α-Al 2O 3,同时,还可以使晶体的发育更为完整[16-18]㊂熔盐法作为制备片状α-Al 2O 3最常见的方法,其中的大量熔盐可以作为隔离相参与煅烧过程,也能有效改善粉体间的硬团聚现象㊂在过往的研究中,还未发现以铝-空气电池废电解液为铝源制备片状α-Al 2O 3的报道㊂本文以铝-空气电池废电解液为铝源,采用熔盐法,辅以晶种,在更低的温度(1060ħ)下合成了片状α-Al 2O 3,为铝-空气电池废电解液的高附加值回收利用提供了一种新方法,提高了可回收资源的利用率㊂1㊀实㊀验1.1㊀实验原料及仪器实验原料:氢氧化钾(KOH)㊁硫酸钾(K 2SO 4)㊁十八水硫酸铝(Al 2(SO 4)3㊃18H 2O)和氯化钡(BaCl 2),均为分析纯;铝片;铝-空气电池废电解液(主要成分为铝酸钾),来源于滁州某新能源公司;晶种为自制的片状α-Al 2O 3(平均粒度约为5μm);水为实验室自制的二次蒸馏水㊂实验仪器:FA2004B 电子天平,雷磁DZS706A 型pH 计,雷磁DDSJ-319L 型电导率仪,DH9030A 型电热恒温鼓风干燥箱,SGM.VB11/17型箱式电阻炉㊂1.2㊀铝-空气电池废电解液性质取铝-空气电池废电解液进行ICP 测试,测试结果如表1所示㊂表1㊀铝-空气电池废电解液的主要成分Table 1㊀Main components of aluminum-air battery waste electrolyteElement K Al Si Zn B Ga Ca Mass fraction /%71.32826.0250.8870.7320.5590.2700.125图1㊀模拟废电解液的电导率和pH 值随时间的变化曲线Fig.1㊀Changing curves of conductivity and pH value of simulate waste electrolyte with time 从表1中可以看出,铝-空气电池废电解液中有大量的铝元素,可以提供铝源制备氧化铝,同时含有大量的钾元素,可以作为熔盐参与反应,为熔盐法制备氧化铝提供了基础㊂由于废电解液的不稳定性,于实验室内配制模拟废电解液来测定电导率和pH 值随时间的变化㊂取38.71g 氢氧化钾溶于106.50mL 蒸馏水中,再缓慢加入9.72g 铝片,完全反应后迅速过滤,取10mL 滤液置于25ħ水槽内测量滤液的pH 值和电导率㊂得到的模拟废电解液的电导率和pH 值随时间的变化规律如图1所示㊂从图1中可以看出,在72h 内,模拟废电解液的pH 值在15.4上下波动,电导率则是先在0~4h 迅速下降,然后在4~52h 小范围波动,后于52h 后大幅上升㊂0~4h 时电导率快速下降是由于溶液分解初始,电极与模拟废电解液在一定时间内形成稳定界面电容[19];4~52h 时电导率值出现小范围波动是模拟废电1492㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷解液均相成核过程中组成不同的铝酸根离子间的不断重构与相互转化,及与溶液中阳离子和羟基离子间相互作用的结果[20];52~72h时电导率的变化是因为Al(OH)3晶体开始大量生成,模拟废电解液的分解反应速率迅速增大,从而使电导率值快速上升㊂在24h后可于模拟废电解液中观察到白色结晶物,且随时间的变化白色结晶物不断增加,这说明模拟废电解液的溶液性质随时间不断变化,并不稳定㊂而使用其他液相法(溶胶凝胶法㊁沉淀法㊁溶液燃烧法等)制备氧化铝产物需要溶液稳定均一,否则容易使前驱体颗粒凝聚而造成颗粒形状和大小不均㊂本实验采用熔盐法制备氧化铝产物,加入硫酸钾作为熔盐增加了空间位阻,减少了前驱体颗粒间的团聚,可以最大程度减轻上述问题㊂1.3㊀片状氧化铝的制备称取500g铝-空气电池废电解液,不断搅拌废电解液并加入十八水硫酸铝至pH值为7.5,再加入硫酸钾使钾铝元素的摩尔比为7.5ʒ1后得到混合浆料㊂加入50mL水把混合浆料搅拌均匀,随后在130ħ条件下干燥12h得到白色固体㊂将白色固体研磨至粉状,加入不同比例的晶种(按氧化铝的质量计算)并混合均匀,在不同温度下煅烧4h后随炉冷却,水洗㊁过滤至滤液遇氯化钡溶液不再浑浊,干燥滤料得到氧化铝产物㊂实验条件设置如表2所示㊂表2㊀通过熔盐法合成氧化铝的不同实验条件Table2㊀Different experimental conditions for synthesis of alumina by molten salt methodNo.Temperature/ħCrystal seed amount(mass fraction)/%Phase(mass fraction)/%α-Al2O3γ-Al2O3Volume fractionofα-Al2O3/%1#10000792181.32#10001792181.53#10003802086.24#10005792185.55#10300851586.56#10301881287.37#10303871390.28#10305881290.09#1060096495.710#1060195596.111#1060398296.912#1060598297.01.4㊀分析测试采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES,型号:ICP-7510)对铝-空气电池废电解液的成分进行分析;采用X射线衍射仪(XRD,型号:Ultima IV)对样品的物相组成㊁体积分数等参数进行表征分析,设置衍射角参数范围为10ʎ~90ʎ,扫描速度为20(ʎ)/min,测试结果用GSASⅡ精修得到不同相氧化铝的质量分数(精修后得到的XRD谱与实验数据之间的残差R wp<15,精修品质因子χ2<2);采用X射线荧光光谱仪(XRF,型号:荷兰Panalytical Zetium)对氧化铝粉体的成分进行分析;采用激光粒度仪(型号:LS13320)对样品粒度分布进行表征;采用场发射扫描电子显微镜(SEM,型号:NANO SEM430)对样品的形貌㊁粒度等进行表征分析;采用紫外分光光度计(型号:UV-3600)测试分散在无水乙醇中样品吸光度随时间的变化,进而通过样品在无水乙醇中的沉降速率对其分散性进行表征㊂α-Al2O3体积分数的计算公式[21]为Vα=Iα(012)+Iα(116)Iα(012)+Iα(116)+Iγ(400)ˑ100%(1)式中:Vα为α-Al2O3的体积分数,Iα为α-Al2O3的峰强,Iγ为γ-Al2O3的峰强㊂粒度分布宽度S的计算公式[22]为S=D90-D10D50(2)式中:S为粒度分布宽度,D10㊁D50㊁D90分别为体积累积分布达到10%㊁50%㊁90%的粒度㊂㊀第4期王丽君等:铝-空气电池废电解液制备片状氧化铝的研究1493 2㊀结果与讨论2.1㊀前驱体的研究铝-空气电池废电解液和硫酸铝试剂充分反应至pH为中性,加入硫酸钾混合干燥后,洗去混合粉末中全部的硫酸盐,得到的白色粉末即为氧化铝样品的前驱体,干燥后对前驱体进行系列测试㊂前驱体的XRD谱和微观形貌如图2所示,从图2(a)中可以分析出前驱体主要晶相为拜尔石和勃姆石,在2θ=14.0ʎ㊁28.2ʎ㊁38.4ʎ㊁49.3ʎ㊁64.5ʎ时可以观测到前驱体中属于勃姆石的宽而弥散的衍射峰,在2θ=18.8ʎ㊁20.4ʎ㊁27.8ʎ㊁40.6ʎ㊁54.1ʎ时可以观测到前驱体中属于拜尔石(α-Al(OH)3)的相对窄而尖锐的衍射峰㊂图2(b)为前驱体在SEM下的微观形貌,从图中可以看出,前驱体的形貌表现为分散的粒度分布不均的块状和颗粒状,说明硫酸钾盐在前驱体生成过程中起到了一定的空间阻隔作用,并为后续的硫酸钾熔盐制备分散性α-Al2O3提供了有利条件㊂图2㊀前驱体的XRD谱及微观形貌Fig.2㊀XRD pattern and microstructure of precursor2.2㊀晶种添加量对氧化铝晶型的影响图3为不同温度下加入0%~5%(质量分数,下同)晶种后得到样品的XRD谱㊂从图3中可以看出,在1000及1030ħ的温度下煅烧后的氧化铝产物有两种,分别是α-Al2O3和γ-Al2O3,其中α-Al2O3皆为主相㊂在1060ħ煅烧下,不添加晶种或添加的晶种很少时,在XRD谱中还能观测到γ-Al2O3的微弱的峰,当晶种添加量高于3%时,样品XRD谱已与α-Al2O3的标准图谱一致㊂图3㊀在不同煅烧温度下添加不同晶种量后样品的XRD谱Fig.3㊀XRD patterns of samples with various amounts of crystal seed at different calcination temperatures根据图3中XRD谱的峰强计算出的α-Al2O3的体积分数和用GSASⅡ精修得到的氧化铝的质量分数如表2所示㊂从表2中可以看出,α-Al2O3的体积分数和质量分数基本可以互相对应㊂根据表2得到α-Al2O31494㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图4㊀在不同煅烧温度下添加不同晶种量后α-Al 2O 3的体积分数增量ΔV αFig.4㊀Volume fraction increment ΔV αof α-Al 2O 3with various amounts of crystal seed at different calcination temperatures 的体积分数增量与煅烧温度和晶种添加量的关系,如图4所示(以1000ħ未添加晶种得到的α-Al 2O 3的体积分数为基准)㊂从表2中可以看出,所制得样品中α-Al 2O 3的体积分数随煅烧温度升高明显增大㊂当煅烧温度从1000ħ升高到1060ħ时,不添加晶种得到的α-Al 2O 3的体积分数从81.3%增大到95.7%㊂同时,从表2和图4中也可以看出,在同一煅烧温度下,添加晶种后α-Al 2O 3的体积分数也有增大的趋势,且在1060ħ添加5%晶种煅烧后得到的α-Al 2O 3的体积分数高达97.0%㊂在未添加晶种时,α-Al 2O 3的体积分数较添加晶种后的体积分数更低;当晶种添加量增加到1%时,α-Al 2O 3的体积分数仅轻微增大,可能是晶种含量过低,所提供的异质成核的成核点较少;当晶种添加量增加到3%时,α-Al 2O 3的体积分数显著增大,说明α-Al 2O 3在晶种诱导成核下发生了快速的非均相成核;当晶种添加量增加到5%时,α-Al 2O 3的体积分数不再继续增加,可能是晶种数量超过了临界点,超过了α-Al 2O 3固有的晶核浓度㊂从图4中可以明显看出:在煅烧温度为1000或1030ħ时,添加3%晶种后α-Al 2O 3体积分数明显增大;当煅烧温度升高到1060ħ时,添加晶种后α-Al 2O 3体积分数增幅较小,说明随着煅烧温度的升高,添加晶种所发挥的增大α-Al 2O 3体积分数的作用逐渐减小㊂综上所述,提高煅烧温度和添加晶种都能增大α-Al 2O 3体积分数,提高γ-Al 2O 3向α-Al 2O 3的转化率,提高粉体性能㊂对12#样品进行XRF 测试,测试结果如表3所示㊂表3㊀氧化铝的主要成分Table 3㊀Main components of aluminaComponent Al 2O 3K 2O SiO 2SO 3P 2O 5Fe 2O 3CaO Ga 2O 3Mass fraction /%99.1320.3640.2170.1710.0610.0230.0090.003从表3中可以看出,氧化铝的纯度大于99.1%,为高纯度氧化铝,可用于耐火材料㊁陶瓷制备㊁研磨抛光等多个领域㊂结合表1还可以看出,铝-空气电池废电解液中Zn㊁B㊁Ga 等元素在煅烧和滤洗过程中被去除或减少了㊂2.3㊀晶种添加量对氧化铝粒度的影响由激光粒度分析仪测得的氧化铝样品的粒度分布如表4所示㊂表4㊀在不同煅烧温度下添加不同晶种量后样品的粒度分布Table 4㊀Particle size distribution of samples with various amounts of crystal seed at different calcination temperaturesNo.D 10/μm D 50/μm D 90/μm 1# 1.51 6.6422.132# 1.567.1923.493# 1.62 6.7719.864# 1.48 5.0815.215# 1.53 6.1220.246# 1.929.5429.017# 1.46 5.3917.718#2.31 5.6412.859# 2.978.9929.9510# 2.868.3227.7611# 2.467.1822.0212# 2.41 5.5912.03第4期王丽君等:铝-空气电池废电解液制备片状氧化铝的研究1495㊀图5㊀在不同煅烧温度下添加不同晶种量后样品的平均粒度和粒度分布宽度Fig.5㊀Average size and size distribution width of samples with various amounts of crystal seed at different calcination temperatures ㊀㊀从表4中可以看出,D 50和D 90在各煅烧温度下都随晶种添加量增加而减小,尤其是在1060ħ煅烧时,D 90在添加晶种后下降明显,而且较1030和1000ħ煅烧时更小㊂说明添加晶种可以减小氧化铝的粒度,而且晶种添加量越高,在更高的煅烧温度下,粒度的减小更明显㊂由激光粒度仪得到的平均粒度和计算得到的粒度分布宽度如图5所示㊂从图5中可以看出,煅烧温度升高会引起氧化铝粒度增大,但对粒度分布宽度影响甚微㊂当煅烧温度从1000ħ升高到1060ħ时,氧化铝粒度从9.41μm增大到13.15μm,粒度分布宽度从3.11轻微减小到3.00㊂同时,从图5中也可以看出,添加晶种可以调整氧化铝的平均粒度和粒度分布宽度㊂在未添加晶种时,氧化铝的平均粒度和粒度分布宽度都较大㊂当晶种添加量为1%时,在1000和1030ħ下,氧化铝平均粒度都表现出增大的趋势,粒度分布宽度都呈减小的趋势,这可能与晶种添加量较少,而基质中α-Al 2O 3结晶时优先在分散的晶种附近产生聚集有关;而在1060ħ时,平均粒度和粒度分布宽度都较未添加晶种时有轻微减小,这可能与煅烧温度提高,增大了氧化铝基质的自发成核频率,促进了α-Al 2O 3的自发成核有关㊂当晶种添加量为3%和5%时,在各煅烧温度下,平均粒度和粒度分布宽度都明显减小,且晶种添加量越多,平均粒度和粒度分布宽度越小㊂在1060ħ煅烧温度下添加5%的晶种时,平均粒度和粒度分布宽度分别减小到7.24μm 和1.72㊂结合图4可知,这是因为更多分散的晶种提供的低成核活化能的点位更多,而基质中氧化铝的浓度是固定的,所以平均粒度和粒度分布宽度在高晶种添加量下会减小㊂同时从图5中可以看出,添加5%的晶种可以有效减小氧化铝粉体的平均粒度,同时使氧化铝粉体的粒度趋于一致㊂2.4㊀晶种添加量对氧化铝微观形貌的影响不同煅烧温度下添加不同晶种量后制备得到的氧化铝样品的微观形貌如图6所示㊂1496㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图6㊀在不同煅烧温度下添加不同晶种量后样品的微观形貌Fig.6㊀Microstructures of samples with various amounts of crystal seed at different calcination temperatures ㊀㊀从图6中可以看出,随煅烧温度升高到1060ħ,氧化铝的微观形貌逐渐从不规则的絮状物转变成不规则的片状,说明片状的生成除了需要熔盐的参与外[23],还需要较高的煅烧温度㊂同时,图6中也显示出晶种添加量的增加可以减小氧化铝的粒度㊂在未添加晶种时,1000ħ下显示的微观形貌与后面添加晶种后的区别不大;但可以明显看出1060ħ下形成的片状较未添加晶种时更厚㊂在相同煅烧温度下,添加1%和3%的晶种后,微观形貌的差别很小,仅能观测到氧化铝粒度较未添加晶种时轻微减小㊂在添加5%的晶种后,尤其是在1030和1060ħ的微观形貌中,可以明显看出氧化铝的粒度在减小,粒度分布更均匀,且在1060ħ的微观形貌中可以看出氧化铝的片状形貌逐渐接近于规则的六边形,氧化铝可作为抛光材料使用㊂2.5㊀晶种添加量对氧化铝分散性的影响图7㊀片状氧化铝粉体的吸光度曲线Fig.7㊀Absorbance curves of flake alumina powder 分别取片状氧化铝9#㊁10#㊁11#㊁12#粉末和无水乙醇配制20mg /mL 的悬浊液,超声分散后取3mL 置于比色皿中,保证自然沉降的状态下,在紫外分光光度计下测试吸光度随时间的变化,沉降开始时测得的吸光度值为A 0,得到的30min 内吸光度A 的变化曲线如图7所示㊂片状氧化铝粉末在无水乙醇中的沉降速率可以简单用图7中的曲线斜率来表示,曲线斜率的绝对值越大,说明氧化铝粉末的分散稳定性越差㊂从图7中可以看出,在经30min 沉降后,未添加晶种的片状氧化铝粉末的分散稳定性明显低于添加晶种后的样品㊂晶种添加量对片状氧化铝粉末的分散性影响不大,这与图5中粒度随晶种量增加而减小矛盾,说明沉降速率还可能与样品中氧化铝片状的厚度有关㊂3㊀结㊀论1)以铝-空气电池废电解液为铝源,用硫酸铝调节pH 值,用硫酸钾作为熔盐,采用熔盐法制备片状㊀第4期王丽君等:铝-空气电池废电解液制备片状氧化铝的研究1497α-Al2O3㊂想要得到片状形貌的α-Al2O3,需要硫酸钾熔盐参与反应,同时煅烧温度达到1060ħ㊂添加晶种可以增大α-Al2O3的体积分数,减小α-Al2O3的粒度,使α-Al2O3的粒度分布更集中,同时使片状氧化铝的形貌更规整,分散性更好㊂2)以铝-空气电池废电解液为原材料,采用一种简单且低成本的方法,成功制备了片状α-Al2O3㊂在1060ħ,添加5%的晶种,煅烧4h后可以得到体积分数高㊁平均粒度小㊁粒度分布集中㊁分散性良好的片状α-Al2O3㊂参考文献[1]㊀BUCKINGHAM R,ASSET T,ATANASSOV P.Aluminum-air batteries:a review of alloys,electrolytes and design[J].Journal of PowerSources,2021,498:229762.[2]㊀张思雨,周俊波,陈良超,等.铝空气电池研究和应用趋势综述[J].电池,2021,51(5):526-529.ZHANG S Y,ZHOU J B,CHEN L C,et al.Review on research and application trends of aluminum-air battery[J].Battery Bimonthly,2021, 51(5):526-529(in Chinese).[3]㊀PAN W D,WANG Y F,KWOK H Y H,et al.Aluminum-air battery with cotton substrate:controlling the discharge capacity by electrolytepre-deposition[J].Green Energy&Environment,2023,8(3):757-766.[4]㊀伍赛特.铝空气电池应用于汽车动力装置的技术现状及前景展望[J].小型内燃机与车辆技术,2019,48(1):78-80.WU S T.Current status and future prospect of aluminum air battery used in automotive engines[J].Small Internal Combustion Engine and Vehicle Technique,2019,48(1):78-80(in Chinese).[5]㊀黄世娥,吴华忠,洪㊀蕾,等.以单晶片状氧化铝为基材包覆二氧化钛银白珠光颜料的制备[J].陶瓷学报,2018,39(1):48-52.HUANG S E,WU H Z,HONG L,et al.Preparation of silver white pearlescent pigment by coating single crystal flaky alumina substrate with titanium dioxide[J].Journal of Ceramics,2018,39(1):48-52(in Chinese).[6]㊀李㊀超,刘红宇.用于导热填料的片状氧化铝的制备[J].硅酸盐通报,2020,39(7):2286-2290+2307.LI C,LIU H Y.Preparation of flaky alumina for heat conducting filler[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2020,39(7):2286-2290 +2307(in Chinese).[7]㊀王㊀玲,王千瑞,刘㊀冲,等.片状氧化铝的发展历程与应用前景[J].陶瓷学报,2016,37(6):608-612.WANG L,WANG Q R,LIU C,et al.Development process and application prospect of flaky aluminum oxide[J].Journal of Ceramics,2016, 37(6):608-612(in Chinese).[8]㊀ZHANG L,VLEUGELS J,VAN DER BIEST O.Fabrication of textured alumina by orienting template particles during electrophoretic deposition[J].Journal of the European Ceramic Society,2010,30(5):1195-1202.[9]㊀JIANG R,LIU H T,CHENG H F.Characterization for thermal evolution of boehmite precursor and preparation of alumina through a sol-gelprocess[J].Rare Metal Materials and Engineering,2018,47(S2):188-192.[10]㊀周振君,杨正方,袁启明,等.溶胶-凝胶法合成小尺寸板状氧化铝[J].硅酸盐通报,2003,22(4):11-15+45.ZHOU Z J,YANG Z F,YUAN Q M,et al.Preparation of small sizedα-alumina platelet by sol-gel method[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2003,22(4):11-15+45(in Chinese).[11]㊀BEHERA P S,SARKAR R,BHATTACHARYYA S.Nano alumina:a review of the powder synthesis method[J].Interceram InternationalCeramic Review,2016,65(1):10-16.[12]㊀LIU W Q,LIU X G,ZHANG P P,et al.Nano-sized plate-like alumina synthesis via solution combustion[J].Ceramics International,2019,45(8):9919-9925.[13]㊀CESTEROS Y,SALAGRE P,MEDINA F,et al.Several factors affecting faster rates of gibbsite formation[J].Chemistry of Materials,1999,11(1):123-129.[14]㊀杜雪莲.单分散α-Al2O3纳米颗粒粉体的制备与表征[D].兰州:兰州大学,2008.DU X L.Preparation and characterization of monodisperseα-Al2O3nanoparticles[D].Lanzhou:Lanzhou University,2008(in Chinese).[15]㊀武志富.纳米氧化铝形貌与性质之间的关系研究[J].人工晶体学报,2020,49(2):353-357.WU Z F.Study on the relationship between the morphology and properties of nanoscale alumina[J].Journal of Synthetic Crystals,2020,49(2): 353-357(in Chinese).[16]㊀YANG Y,JIAO X L,CHEN B,et al.Preparation of fine-grainedα-alumina powder from seeded boehmite[J].Journal of NanoparticleResearch,2013,15(8):1855.[17]㊀李素强.片状α-Al2O3颗粒粉体的制备[D].兰州:兰州大学,2009.LI S Q.Synthesis of plate-like single-phaseα-Al2O3particles[D].Lanzhou:Lanzhou University,2009(in Chinese).[18]㊀KIM B Y,LEE Y J,SHIN D G,et al.Effect of salt on crystal growth of plate-like alumina particles by molten-salt method[J].Korean ChemicalEngineering Research,2015,53(5):603-608.1498㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷[19]㊀LI J,YIN Z L,DING Z Y,et al.Homogeneous nucleation of Al(OH)3crystals from supersaturated sodium aluminate solution investigated by insitu conductivity[J].Hydrometallurgy,2016,163:77-82.[20]㊀吕建明.高浓度铝酸钠溶液晶种分解过程强化与粒子行为的研究[D].长沙:中南大学,2014.LV J M.Study on seed decomposition process strengthening and particle behavior of high concentration sodium aluminate solution liquid crystal[D].Changsha:Central South University,2014(in Chinese).[21]㊀SHI W D,YANG C,QIU M H,et al.A new method for preparingα-alumina ultrafiltration membrane at low sintering temperature[J].Journalof Membrane Science,2022,642:119992.[22]㊀王建立,宋为聪,侯焕焕,等.晶习调整剂及晶种对细晶煅烧氧化铝性能的影响[J].轻金属,2023(1):14-18.WANG J L,SONG W C,HOU H H,et al.Effect of crystal growth habit modifier and crystal seed on performance of fine-crystal calcined alumina[J].Light Metals,2023(1):14-18(in Chinese).[23]㊀张㊀鹤,邵国强,史和邦,等.片状氧化铝的熔盐法制备关键参数[J].化工进展,2021,40(8):4187-4195.ZHANG H,SHAO G Q,SHI H B,et al.Key parameters of preparing flake alumina by molten salt method[J].Chemical Industry and Engineering Progress,2021,40(8):4187-4195(in Chinese).。
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。
铝电解中阳极效应的环境危害及措施分析铝电解中阳极效应的环境危害及措施分析
铝电解中阳极效应的环境危害及措施分析铝电解中阳极效应的环境危害及措施分析摘要：中国正处于城市化时期，对铝的消费潜力巨大。
目前，铝冶炼企业的成本很高。
近年来除环境恶化外，环保要求也越来越高，铝冶炼企业的生产成本也在增加。
因此，不断采用新的技术手段来改善现有生产工艺、减少铝冶炼每吨生产能耗、劳动生产率提高、废气和粉尘排放量的减少是各家公司的方向。
在铝电解化学反应和生产实践中，阳极区域会产生特殊的阳极效应现象，即在电解生产过程中，阳极电流高于临界电流时会出现阳极效应现象。
主要危害主要有：一是对生产的危害；其次，对环境的危害；三是增加生产成本。
在电解铝生产企业中，阳极效应系数是生产评估的重要指标之一。
本文对铝电解阳极效应进行研究，并研究其危害，分析降低危害的有效措施。
关键词：铝电解；阳极效应；危害；措施1、阳极效应发生的机理阳极效应是熔盐电解中固有的特征现象。
阳极效应可以看作是一种“阻塞效应”，它很大程度上阻碍了阳极与熔体之间的电流传递。
阳极效应的机理及其反应过程可以用各种方式描述，如湿润性变化理论、阳极过程变化理论、氟离子释放理论以及静电理论等。
然而，每一种理论都表明，铝电解电池的阳极效应是由于阳极表面供应不足造成的。
缺乏阳极表面供应的主要原因：一是氧化铝供应不足（数量少），二是电解质溶解和溶解氧化铝的能力，三是缺乏电解质转移能力（电解质粘稠）。
因此，从理论上讲，只要我们保持阳极表面充足，就可以控制阳极效应。
在实际生产中，很多效应发生是因为氧化铝供给不足或电解质溶解氧化铝能力偏差引起的。
2、阳极效应危害在铝电解生产中阳极效应的危害性，不仅表现在对生产的危害上，而且对生态环境的危害极其严重。
笔者将从几个方面进行阐述。
2.1 阳极效应危害性对生产的危害在生产中发生阳极效应时，电解液的温度急剧上升，从正常范围的940℃至955℃迅速上升到980℃至990℃，并且炉子熔化变薄，这增加了侧面碳块腐蚀的可能性。
电压急剧上升引起一系列电流波动，影响电池的输出功率。
铝空气动力电池发展现状及存在问题
铝空气动力电池发展现状及存在问题作者：刘小锋来源：《新材料产业》 2013年第7期作为汽车驱动能源的化石燃料——石油，不仅在使用过程中会对环境造成污染，而且其本身也越来越短缺，因此，开发新型环保替代燃料或新型动力电池成为目前新能源汽车领域研究的热点。
解决石油燃料短缺和污染的最佳方式是开发出与石油等效或接近等效的环保型替代燃料，而在没有开发出合适的替代燃料之前，研究开发新型动力电池就显得重要且迫切。
当前，人们对于动力电池的研究主要集中于锂离子电池、氢燃料电池、镍氢电池、锂电池等，其中锂离子电池最受关注，被寄予厚望，也开始批量生产和应用。
但这些动力电池（包括锂离子电池）或多或少都还存在一些技术瓶颈或应用缺陷，均未能实现大规模商业化应用。
因此，科学界和产业界对新型动力电池的研究从未止步。
除上述类型的动力电池外，金属燃料电池也是近年来应用前景较好的一类动力电池。
金属燃料电池是指以金属为负极材料，以空气中的氧气为正极反应物，由金属与氧气在电解液及催化剂存在的条件下进行电化学放电的电池，如锌空气电池、铝空气电池、锂空气电池等。
其中，铝空气电池在大电流放电、高比能量、电极材料资源丰富等方面具有明显的优势。
一、铝空气电池的原理及发展历程铝空气电池以铝或铝合金为负极，以空气电极为正极，因为其正极参加反应的物质为氧气，负极参加反应的物质为金属铝，故也称为铝燃料电池。
铝空气电池如图1所示，其中正极由催化层、扩散层、集流体构成，正极的催化层与电解液直接接触，扩散层暴露于空气环境中，空气中的氧气能够通过扩散层到达催化层，与电解液及催化剂接触，并在催化剂的作用下，发生电化学反应，但电池内部的电解液却不能透过扩散层渗出。
铝空气电池能够在中性或碱性电解液中工作。
在中性电解液中的反应方程式为：自19世纪末，科研人员就开始尝试用铝作为负极材料来制备电池[1-2]，但由于在中性电解液中铝电极因表面形成氧化膜而难以溶解，导致负极极化严重，在碱性电解液中铝电极表面的氧化膜虽然易于溶解，但铝电极的腐蚀却非常严重，制约了以铝为负极材料的电池的研究和应用。
铝空气电池低温放电
铝空气电池低温放电
铝空气电池是一种新型的锂电池，它的电极材料是铝，电解液是空气中的氧气。
它的工作原理是通过氧化铝的反应来释放能量。
铝空气电池在低温下放电时可能会出现以下问题：
1. 电流输出减弱：低温会使电池内部化学反应速率降低，导致电流输出减弱。
这可能会导致设备无法正常运行或无法提供足够的能量。
2. 电池寿命减少：低温下，电池内部的反应速率会减慢，导致电池容量逐渐减少。
这会缩短电池的使用寿命，需要更频繁地更换电池。
3. 冻结问题：低温下，电池内的电解液可能会冻结，导致电池无法正常工作。
这需要特殊设计以避免冻结问题，如添加抗冻剂或采用特殊材料。
为了解决这些问题，可以采取以下措施：
1. 优化电池设计：设计电池结构和材料，以便在低温下提供更好的性能。
例如，对电池电解液进行改良，增加其适应低温的能力。
2. 加热系统：在低温环境下，可以通过加热系统来提高电池的工作温度，以增加电池的性能和输出能力。
3. 抗冻剂：添加特殊的抗冻剂来防止电池电解液在低温下冻结。
总之，铝空气电池在低温下放电时可能会遇到性能下降和冻结等问题，但通过优化设计和采取适当的措施，可以改善铝空气电池在低温环境下的性能。
铝空气电池研究进展
铝空气电池研究进展阙奕鹏;齐敏杰;史鹏飞【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.【期刊名称】《电池工业》【年(卷),期】2019(023)003【总页数】4页(P147-150)【关键词】铝空气电池;铝电极;空气电极;催化剂;氧还原反应【作者】阙奕鹏;齐敏杰;史鹏飞【作者单位】超威电源有限公司,浙江长兴 313100;超威电源有限公司,浙江长兴313100;哈尔滨工业大学化工学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TM911.41铝空气电池是以空气中的氧气为阴极活性物质，金属铝为阳极活性物质，与无机电解质组成的一种新型电池，其理论比能量高达8 135 Wh/kg，实际比能量可达900 Wh/kg[1]；其还具有容量大、寿命长、使用安全和环境友好等优点；因此自其诞生以来就受到了研究人员的广泛关注，被称为“面向21世纪的绿色能源”。
本文将从铝空气电池的工作原理出发，分别从铝电极、空气电极、电解液等方面论述国内外的最新研究进展，最后对铝空气电池的应用前景进行总结和展望。
1 铝空气电池的工作原理简介电池放电时，金属铝阳极发生氧化反应生成Al(OH)3，氧气在空气电极上发生阴极还原反应生成OH-，在此过程中金属铝中储存的化学能大量的转化成电能并提供给外电路，其具体的反应过程方程式如下[2]：负极：Al+3OH--3e-→Al(OH)3(1)正极：O2+2H2O+4e-→4OH-(2)电池总反应：4Al+3O2+6H2O→4Al(OH)3(3)图1 铝空气电池工作原理示意图[2]Fig.1 Schematic of the aluminum-air battery通过以上反应方程式可以看出，铝空气电池在放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]。
铝空气电池在实际应用之中发现的问题 (1)
铝空气电池在实际应用之中发现的问题☉◇铝空气电池参考资料◇☉铝空气电池作为动力电池主要存在问题铝电池商业化应用的明显技术缺陷是铝在空气或水溶液中易钝化且在强碱性溶液中腐蚀速率较大，严重降低了铝阳极效率。
因此电极的活化和抗腐蚀性能的提高是铝阳极研究过程中需要解决的主要问题。
在大电流密度工作条件下，由于内阻高，不能满足动力电源的电性能要求，阻碍了铝阳极材料的应用。
在高功率输出时发热严重，必须配备热量输出系统，因而增加了系统的复杂性。
大功率铝空气电池组必须有良好的通风，保持通透的一致性，如增设供氧系统，效果会改善，这又会增加系统的复杂性。
在颠簸的路面运行时，能够提供的电能也有一定幅度波动。
如何确保电池不漏液，也是一个严重问题。
上述问题和复杂性是长期以来阻碍该技术大规模推广应用的瓶颈。
又比如，该电池实际应用中的体积比能量一般只有100-150Wl/L，与铅酸蓄电池相当。
系统能否长期稳定运行依然不确定。
但是铝空气电池在中国用于海上航标灯却非常适合！！1991年，中国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，称之为海洋电池。
它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。
海洋电池彻底改变了以往海上航标灯两种供电方式：一是一次性电池，如锌锰电池、锌银电池、锌空（气）电池等。
这些电池体积大，电能低，价格高。
二是先充电后给电的二次性电源，如铅蓄电池，镍镉电池等。
这种电池要定期充电，工作量大，费用高。
海洋电池，是以铝合金为电池负极，金属（Pt、Fe）网为正极，用取之不尽的海水为电解质溶液，它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能的。
我们知道，海水中只含有0.5%的溶解氧，为获得这部分氧，科学家把正极制成仿鱼鳃的网状结构，以增大表面积，吸收海水中的微量溶解氧。
这些氧在海水电解液作用下与铝反应，源源不断地产生电能。
海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。
用时，把电池放入海水中，便可供电，其能量比原来的干电池高20～50倍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
个人收集整理-ZQ
铝空气电池在实际应用之中发现地问题
☉◇铝空气电池参考资料◇☉
铝空气电池作为动力电池主要存在问题
铝电池商业化应用地明显技术缺陷是铝在空气或水溶液中易钝化且在强碱性溶液中腐蚀速率较大，严重降低了铝阳极效率.因此电极地活化和抗腐蚀性能地提高是铝阳极研究过程中需要解决地主要问题.资料个人收集整理，勿做商业用途
在大电流密度工作条件下，由于内阻高，不能满足动力电源地电性能要求，阻碍了铝阳极材料地应用.
在高功率输出时发热严重，必须配备热量输出系统，因而增加了系统地复杂性.
大功率铝空气电池组必须有良好地通风，保持通透地一致性，如增设供氧系统，效果会改善，这又会增加系统地复杂性.资料个人收集整理，勿做商业用途
在颠簸地路面运行时，能够提供地电能也有一定幅度波动.
如何确保电池不漏液，也是一个严重问题.
上述问题和复杂性是长期以来阻碍该技术大规模推广应用地瓶颈.又比如，该电池实际应用中地体积比能量一般只有，与铅酸蓄电池相当.系统能否长期稳定运行依然不确定.资料个人收集整理，勿做商业用途
但是铝空气电池在中国用于海上航标灯却非常适合！！
年，中国首创以铝－空气－海水为能源地新型电池，称之为海洋电池.它是一种无污染、长效、稳定可靠地电源.海洋电池彻底改变了以往海上航标灯两种供电方式：一是一次性电池，如锌锰电池、锌银电池、锌空（气）电池等.这些电池体积大，电能低，价格高.二是先充电后给电地二次性电源，如铅蓄电池，镍镉电池等.这种电池要定期充电，工作量大，费用高.资料个人收集整理，勿做商业用途
海洋电池，是以铝合金为电池负极，金属（、）网为正极，用取之不尽地海水为电解质溶液，它靠海水中地溶解氧与铝反应产生电能地.我们知道，海水中只含有地溶解氧，为获得这部分氧，科学家把正极制成仿鱼鳃地网状结构，以增大表面积，吸收海水中地微量溶解氧.这些氧在海水电解液作用下与铝反应，源源不断地产生电能.资料个人收集整理，勿做商业用途
海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存.用时，把电池放入海水中，便可供电，其能量比原来地干电池高～倍.电池设计使用周期可长达一年以上，避免经常交换电池地麻烦.即使更换，也只是换一块铝板，铝板地大小，可根据实际需要而定.海洋电池没有怕压部件，在海洋下任何深度都可以正常了作.海洋电池，以海水为电解质溶液，不存在污染，已经成为海洋用电设施地能源优选之一.资料个人收集整理，勿做商业用途
1 / 1。