铝空气电池用电解质的研究进展
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。
金属空气电池的研究及应用
金属空气电池的研究及应用作为能源领域的重要研究方向之一，金属空气电池具有高能量密度、长寿命、可重复充电等优点，被认为有望成为未来电动汽车和储能系统的重要组成部分。
在这篇文章中，我们将探讨金属空气电池相关的研究进展和应用前景。
1. 金属空气电池的基本原理金属空气电池是一种基于化学反应产生电能的电池。
其基本原理是利用储存在金属中的化学能与空气中的氧气发生化学反应，释放出电子和离子，产生电能。
具体来说，金属空气电池由电极、电解质和空气组成。
其中，金属电极通常采用锌、铁、铝等金属，而空气则作为氧化剂参与反应。
反应生成的离子和电子穿过外电路形成电流，完成电能的转换。
2. 金属空气电池的发展历程金属空气电池起源于20世纪初，最初被用于军事领域的雷达和无人机等设备中。
随着技术的不断发展，金属空气电池逐渐应用于民用领域。
目前，金属空气电池的主要研究方向包括提高电池的能量密度、延长电池的寿命、实现可重复充电等。
尤其是近年来，固态金属空气电池等新型金属空气电池的研究得到了较大的关注，并显示出广阔的应用前景。
3. 金属空气电池的应用前景金属空气电池具有诸多优点，如高能量密度、长寿命、环保等，因此被广泛应用于电动汽车、无人机、太阳能储能系统等领域。
其中，最具潜力的应用领域是电动汽车。
目前，电动汽车广泛使用的锂离子电池存在能量密度低、成本高、充电时间长等问题，而金属空气电池可以克服这些问题，有望成为电动汽车的新一代动力源。
4. 金属空气电池面临的挑战和未来发展趋势虽然金属空气电池具有广阔的应用前景，但其发展仍面临着一些挑战。
例如，由于金属空气电池的电解质一般使用碱性电解质，电极易受碱性腐蚀，影响电池寿命。
此外，金属空气电池的反应产物也会造成电极泄露、环境污染等问题。
为克服这些问题，需要从材料、结构、制备等多个方面进行研究。
未来，金属空气电池的发展趋势是实现高能量密度、长寿命、可重复充电、低成本等多个方面的优化。
为此，需要不断研究先进的电极材料、新型电解质、高效氧还原催化剂等。
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。
大学前沿讲座论坛论文
题目：铝-空气电池的研究进展姓名：王通学院：冶金与能源工程学院专业：动力工程学号：2014702012课题：金属空气电池在电动汽车上的应用导师：于洁铝空气电池的研究进展摘要：铝空气电池制造成本低、比功率高、无毒，是一种很有发展前途的空气电池。
但其商业化应用存在氧电极极化、电池不稳定、阳极过腐蚀、非均匀溶解等障碍。
对铝合金阳极材料及其热处理与溶解机理、铝空气电池用电解质、空气电极及其催化剂等方面的研究现状进行了综述。
铝空气电池的关键技术在于氧电极的催化剂活性及电解质中腐蚀产物Al(OH)3的处理。
目前对以上两方面的研究有突破性进展，铝空气电池将成为21世纪理想动力电源。
关键词：空气电池；铝合金阳极；电解质Abstract: The aluminum air battery has good prospects due to its high specific power, low cost and nontoxic. But for its commercialization application, the battery has some technology obstacles such as polarization of oxygen electrode, battery unstable, anode severe corrosion and inhomogeneous dissolution and so on. In this article, the research progress of aluminum alloy anode, the heat treatment, the dissolved mechanism, the electrolyte, air electrode and catalyst of aluminum air battery were summarized. The key technologies of aluminum air battery lay in the catalyst activeness of oxygen electrode and the processing of corrosion product Al(OH)3in the electrolyte. The research about the above two aspects has the breakthrough progress. The luminum air battery will become the ideal power in the 21 st century.Key words: air battery; aluminium alloy anode; electrolyte煤炭石油等不再生能源紧缺，使人们不断开发新能源。
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
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。
铝电池可行性研究报告
铝电池可行性研究报告一、引言随着全球对清洁能源需求的增加，可再生能源和电动化交通的发展越来越受到关注。
传统的锂电池在电动车和储能系统中使用广泛，但其材料成本高、资源有限和安全隐患等缺点也日益凸显。
铝电池因其材料丰富、低成本、高安全性等优势备受关注，并且在电动车和储能系统中有着广阔的应用潜力。
本报告将对铝电池的可行性进行研究，包括原理、技术发展现状、市场前景和未来发展趋势等内容。
二、铝电池原理铝电池是一种利用铝和空气发生反应产生电能的电池。
其基本原理是通过铝在电解液中的氧化还原反应，将化学能转化为电能。
具体过程为：阳极铝在氢氧化物电解质中发生氧化反应生成氢氧化铝和电子，同时在空气中还原生成氢氧化物；阴极空气中的氧气和水在电解质中发生还原反应生成氢氧化物。
这一过程中产生的电子流经外部负载，从而产生电能。
相比传统锂电池，铝电池的原理更加简单，且材料成本低廉，具有更高的安全性和环保性。
三、铝电池技术发展现状目前，铝电池的技术发展已经取得了一定的进展。
主要的技术包括阳极、电解质和阴极的研究。
针对阳极材料的选择，石墨和锂铝合金是目前主要的研究方向。
石墨材料具有丰富的资源和低成本，而锂铝合金具有更高的电化学活性和更长的循环寿命。
电解质方面，氢氧化物和离子液体是目前主要的研究对象，其主要考虑因素是导电性、稳定性和成本。
同时，阴极材料的研究也成为铝电池技术发展的重点。
例如，氧化铝和碳纳米管等材料被广泛应用于阴极材料中，以提高其导电性和循环寿命。
除此之外，电解液和电解质的研究也在不断深入。
四、铝电池的应用前景铝电池在电动车和储能系统中具有广阔的应用前景。
首先，在电动车领域，铝电池具有更高的能量密度和更长的循环寿命，能够满足电动车对动力和续航里程的需求。
其次，在储能系统中，铝电池的成本更低，生命周期更长，能够为可再生能源的储存和利用提供可靠的支持。
此外，铝电池还具有更好的安全性和环保性，符合当今社会对清洁能源和可持续发展的要求。
铝-空气电池的研究现状及应用前景
铝-空气电池的研究现状及应用前景汪云华;任珊珊【摘要】主要介绍了铝-空气电池的工作原理、优势,及铝合金阳极、空气电极、电解质和电池结构等方面的研究现状,并对铝-空气电池的应用前景进行了阐述.【期刊名称】《蓄电池》【年(卷),期】2019(056)001【总页数】6页(P1-5,50)【关键词】铝-空气电池;铝合金阳极;空气电极;电解质;新能源汽车;轨道交通【作者】汪云华;任珊珊【作者单位】云南创能斐源金属燃料电池有限公司,云南昆明 650503;云南创能斐源金属燃料电池有限公司,云南昆明 650503【正文语种】中文【中图分类】TM911.410 引言近年来，由于矿物能源的有限性，及其使用造成环境压力不断增大，开发新的清洁能源替代化石能源是政府和科研人员的当务之急。
目前，电池行业正在寻求一种可再生回收的电池体系替代传统电池。
与锂离子电池、铅酸电池等目前市场上广泛使用的电池体系相比，铝-空气电池具有高能量密度和低价格的优势，并且安全性高，易储备，能量补给方便快捷，可循环再生，不依赖于电网及阳光、风等自然条件，无毒无污染。
1 铝-空气电池的工作原理铝-空气电池是一种金属燃料电池，由正极、负极、电解液三部分组成。
正极（阴极）消耗氧气，由防水透气膜、催化剂及导电材料构成。
负极（阳极）消耗金属铝，由高纯铝、铝合金或工业铝构成。
电解液由中性盐溶液或碱金属氢氧化物（KOH或 NaOH）溶液构成。
在电池工作过程中，金属铝失去电子变为 Al3+；氧气透过防水透气膜进入正极，在催化剂的作用下与水发生电化学反应生成 OH-，从而实现化学能向电能的转换。
当电解质不同时，负极上发生的反应也不同[1]，在中性电解液中会生成 Al(OH)3 胶体，在碱性电解液中生成Al(OH)4- 或 AlO2-。
负极（铝合金电极）在中性电解液的条件下的反应方程式是在碱性电解液的条件下的反应方程式是正极（空气催化电极）发生氧气的电化学还原的方程式是因此，碱性电解液中总反应为中性电解液中总反应为此外，负极还会和电解液发生腐蚀反应，产生H2，其反应式为2 铝-空气电池的优势铝-空气电池替代汽油化石能源，应用于新能源汽车、轨道交通、备用电源、军用无人机电源、海岛区等无电地区、地质勘探等领域中[2]，相比于其它电池体系主要有以下优势：（1）能量密度高，可提供超长的续航里程。
铝空气电池研究现状与发展趋势
铝空气电池研究现状与发展趋势铝空气燃料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。
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主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，所以电池理论容量主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。
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。
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]。
铝空气电池研究进展
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ａｌ－ａｉｒ ｂａｔｔｅｒｙ
ＱＵＥ Ｙｉ－ｐｅｎｇ１，ＱＩ Ｍｉｎ－ｊｉｅ１，ＳＨＩ Ｐｅｎｇ－ｆｅｉ ２
（１．Ｃｈａｏｗｅｉ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｘｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，３１３１００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，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
铝空气电池的研发与应用思考
广东化工2019年第24期·74·第46卷总第410期铝空气电池的研发与应用思考包文涛1，曾晖1，陈满骄2,3(1．昆明市第三十中学，云南昆明650503；2．昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明650093；3．四川轻化工大学机械工程学院，四川自贡643000)Reflections on Development and Application of Aluminum-Air BatteryBao Wentao1,Zeng Hui2,Chen Manjiao2,3(1.Kunming NO.3Middle School,Y Kunming650503；2.Faculty of Materials Science and Engineering,Kunming University of Science and Technology,Yunnan Kunming650503；3.Faculty of energy and power engineering,Sichuan University of Science&Engineering SichuanZigong643000,China)Abstract:In this paper,the advantage and working principle of Al-air battery are introduced.The research status of anode materials,electrolytes and cathode materials for the aluminum-air battery is described.Then,the application status of aluminum-air battery in military equipment,transportation,mobile power station and communication is illustrated with some examples.Finally,the development and application prospects of aluminum-air battery are summarized.Keywords:aluminum-air battery；aluminum anode；air electrode；application社会的快速发展，对资源、能源的需求也急剧增加。
金属空气电池 deeptech
金属空气电池 deeptech金属空气电池（Metal-Air Battery）是一种基于金属和空气反应产生电能的高能量密度电池。
它具有高能量密度、环保、可重复使用等优点，在许多领域具有广阔的应用前景。
本文将介绍金属空气电池的工作原理、应用领域以及目前的研究进展。
一、工作原理金属空气电池的工作原理是通过金属与空气中的氧气反应来产生电能。
典型的金属空气电池由一个金属阳极、一个空气阴极和一个电解质组成。
金属阳极通常采用锌、铝等金属，而空气阴极则利用空气中的氧气。
当金属阳极与空气阴极和电解质联系时，金属会与氧气发生氧化还原反应，从而释放出电子，形成电流。
这种反应的化学方程式可以表示为：金属（阳极）+ 氧气（阴极）→ 金属氧化物（阳极）+ 电子（电流）金属空气电池通常需要外部供应氧气，而不像其他电池需要储存氧气。
这使得金属空气电池具有较高的能量密度，因为它可以利用周围的氧气来产生电能。
二、应用领域金属空气电池具有高能量密度、长寿命、环保等特点，因此在许多领域有着广泛的应用前景。
1. 电动车辆：金属空气电池具有高能量密度和长续航里程的特点，可以作为电动车辆的动力源。
与目前市场上常见的锂离子电池相比，金属空气电池可以大幅提高电动车辆的续航里程，减少充电时间，提高运行效率。
2. 移动设备：金属空气电池也可以应用于移动设备，如智能手机、平板电脑等。
由于金属空气电池具有高能量密度，相对于锂离子电池来说，它可以提供更长的续航时间，减少用户的充电频率。
3. 电网储能：金属空气电池还可以用于电网储能系统。
电网储能可以平衡电网的供需差异，提供稳定的电力输出。
金属空气电池的高能量密度和长寿命使其成为一种理想的电网储能技术。
4. 军事应用：金属空气电池在军事领域也有广泛的应用。
由于其高能量密度和长寿命，金属空气电池可以为军事装备提供长时间的稳定电源。
例如，潜艇和无人机可以使用金属空气电池作为其主要动力源。
三、研究进展金属空气电池在能量密度、循环寿命和成本等方面仍存在一些挑战。
铝空气动力电池发展现状及存在问题概要
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
图1铝-空气电池示意图
庆西南铝厂、武汉大学、中南大学等单位也对铝空气电池进行了研究。云南大卫汽车有限公司进行了铝金属燃料电池驱动豪华客车试产。
最新报道显示,以色列PHINERGY公司制备的铝空气电池组能支持样车(图2行驶1 600km,所使用电池组含50块铝板,行驶过程中只需加2次水[9]。经过半个世纪的研究,铝空气电池的开发和应用取得了一定的进展。
应用于锌锰电池、锌镍电池、锌银电池以及锌空气电池等,其理论电化学容量虽然数倍于铅,但远低于锂和铝的理论容量,且在大电流放电、比能量等方面的优势不及铝明显。虽然锂的理论容量比铝大,但锂离子电池中锂离
名称铅锌锂铝转移电子数2213
摩尔质量207.265.39 6.9426.98密度/(g/cm311.37.140.534 2.70
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。
1.阳极极化比较严重
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]。
锂空气_氧气_电池的研究进展
锂空气(氧气)电池 的研究进展摘要：锂/空气电池的理论能量密度高达11140 Wh/kg，是现有电池体系1-2个数量级，但目前仍存在许多制约其应用的因素，而其中寻找合适的电解液以及高效的氧还原催化剂尤为重要。
本文综述了锂空气（氧气）电池的研究进展，并对发展趋势和存在的关键进行了分析和展望。
全球范围内已积极开展了提高锂电池的能量密度和电极材料的稳定性的研究，寻找比能量更高、更便宜的正极材料一直是锂电池发展的方向。
但是，锂电池中的正极材料局限了锂电池的贮能性能。
目前大部分正极材料的电化学容量只有200 mAh/g左右，比如成功商业化的锂离子电池正极材料LiCoO2的电化学容量只有大约140 mAh/g。
另外，锂离子在金属正极材料的扩散系数较低，也限制了锂电池的能量输出。
在所有的电池负极材料中金属锂具有最低的密度，最高的理论电压，最好的电子电导，同时其电化学容量达3860 mAh/g，所以近十几年来以金属锂为基础的电池主导了高性能电池的发展。
水系电解质锂空气电池很早就有人研究，电池放电反应方程为：4Li + O2 + 2H2O → 4LiOH（E=3.35V），放电过程中，金属锂、水和氧气被消耗产生LiOH，由于金属表面生成了一层保护膜而阻碍了腐蚀反应的快速发生。
但是在开路状态下和低功率状态下，金属锂的自放电率相当高，伴随着锂的腐蚀反应: Li + H2O → LiOH + 1/2H2，该反应的发生降低了电池负极的库仑效率，同时也带来了安全上的问题。
综合考虑到实用性、成本和安全性，水系锂空气电池非金属空气电池的首选。
有机系锂/空气电池在当前诸多的电池体系中具有最高的能量密度，排除氧气后的能量密度达到惊人的11140 Wh/kg，高出现有电池体系1-2个数量级。
本文综述了新型有机系锂空气（氧气）电池的研究进展，并对发展趋势和存在的关键进行了分析和展望。
1 锂空气电池的反应机理我们现在说的锂/空气电池通常是指有机系电解液锂空气电池(下面我们提到的锂空气电池都是这种有机系列的)，这是近几年刚刚发展起来的新型电源体系，目前在国内外从事锂/空气电池研究的很少。
铝空气电池_实验报告
一、实验目的1. 了解铝空气电池的工作原理和组成；2. 掌握铝空气电池的制备方法；3. 研究铝空气电池的性能，包括能量密度、循环寿命、工作电压等。
二、实验原理铝空气电池是一种高能量密度、环保型电池，由金属铝、空气、电解质和隔膜组成。
在放电过程中，金属铝作为阳极被氧化，空气中的氧气作为阴极被还原，通过电解质中的离子传递实现电能的输出。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 金属铝片- 空气- 氢氧化钠溶液- 高岭土- 隔膜- 水电池测试仪- 电子天平- 刀片- 搅拌器- 烧杯- 离子交换膜2. 实验仪器：- 电化学工作站- 数据采集器- 恒温水浴锅- 电子显微镜四、实验步骤1. 准备工作- 将金属铝片用砂纸打磨干净，去除表面氧化层；- 将高岭土与氢氧化钠溶液按照一定比例混合，搅拌均匀，形成电解质；- 将隔膜浸泡在水中，待其充分吸水膨胀后取出备用。
2. 电池组装- 将打磨干净的金属铝片作为阳极，插入电解质中；- 将空气通过隔膜引入电池内部，作为阴极；- 将电解质与空气之间的隔膜固定在电池壳内，确保电池密封良好。
3. 性能测试- 将组装好的电池连接到水电池测试仪，进行充放电测试；- 测试过程中，记录电池的放电曲线、能量密度、循环寿命和工作电压等数据； - 利用电子显微镜观察电池内部结构，分析电池性能。
4. 数据处理与分析- 对实验数据进行整理和分析，得出铝空气电池的性能指标；- 对实验结果进行讨论，分析影响电池性能的因素。
五、实验结果与分析1. 放电曲线- 通过测试仪记录电池的放电曲线，分析电池的放电过程和性能；- 实验结果显示，电池的放电曲线呈线性下降，表明电池放电过程中电流稳定。
2. 能量密度- 根据实验数据，计算电池的能量密度为：E = (m Q V) / m_铝其中，E为能量密度（Wh/kg），m为电池总质量（g），Q为放电电量（mAh），V为放电电压（V），m_铝为金属铝质量（g）；实验结果显示，电池的能量密度为：E = 1.23 Wh/kg。
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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
６ ５ ０ ５ ０ ３ ）
要 ：铝空气电池是一种拥有高能量密度 （＜ ４ ０ ０ Ｗｈ ／ ｋ ｇ ）的一次电池 ，从上世纪 ６ ０年代 发展 至今 ，已有
（ １ ．Ｋ ｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｋ ｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ ， Ｙ ｕ ｎ ｎ ａ ｎ ６ ５ ０ ０ ３ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
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技术难题 ，在水性碱溶液 中加入添加剂 、使用 胶体 电解质和可替代水溶液 的新型电解质 ，如乙醇、离子液体等 。
关键词 ：铝空气 电池 ； 自腐蚀 ；钝化 ；电解 质
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｆ 、 ８ ２ １ ；Ｔ Ｆ ８ ０ ３ ． ２ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６ － ０ ３ ０ ８（ ２ ０ １ ６ ）０ ５ — ０ ０ ６ ２ ＿ ｏ ５
Ｔｈｅ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ａｌ ｕ ｍｉ ｎｕ ｍ Ａｉ ｒ Ｂａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ
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ＡＮ ＭＥ ＴＡＬ ＬＵＲＧＹ
Ｏｃ ｔ ．２ ０ １ ６
第４ ５卷第 ５期 （ 总第 ２ ６ ０期 ）
Ｖ ｏ １ ． ４ ５ ．Ｎ ｏ ． ５（ Ｓ ｕ ｍ ２ ６ ０）
铝 空 气 电池 用 电解 质 的研 究 进 展
张笑盈 ，和 晓才 ，李 富宇 ，谢 刚 ＇
近６ ０年 的 历 史 。 本 文 主要 论 述 在 铝 空 气 电 池 发 展 历 程 中 ，电 解 质 的研 究 进 展 ，着 重 论 述 电解 质 对 电池 性 能 的影 响 。 由于 铝 空气 电池 在 碱 性 水 溶 液 中 存 在 两个 主要 问题 ，即铝 的 自腐 蚀 和 铝 表 面 形 成 钝 化 膜 。 为 了 能 够 解 决 上 述