铝—空气电池的应用及设计
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。
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。
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。
金属空气电池的研究与应用
金属空气电池的研究与应用金属空气电池是一种新型的电池，其原理是将金属与空气中的氧气反应产生电能。
与传统电池相比，金属空气电池具有容量大、储存时间长、价格便宜等优点，被广泛应用于电力、交通、通讯等领域。
一、金属空气电池的工作原理金属空气电池的工作原理是利用金属与空气中的氧气反应产生电能。
金属空气电池一般采用锌、铝、镁等金属作为阳极，正极则由氧气充当。
当电池工作时，金属与氧化物反应，产生电子和离子，这些电子和离子在电解质中传递，使均衡得以维持。
二、金属空气电池的优点1. 容量大：金属空气电池的容量大，一般为普通锂电池容量的几倍甚至更多。
2. 储存时间长：金属空气电池具有较长的储存时间，在未使用的情况下，可以长期保存电量。
3. 价格便宜：与传统电池相比，金属空气电池的价格较低，成本也更为经济。
4. 环保节能：金属空气电池的采用过程中不会产生有害物质，对环境的影响较小，同时还可以减少使用化石能源，达到节能减排的目的。
三、金属空气电池的应用1. 电力金属空气电池在电力领域的应用非常广泛。
其容量大、寿命长的特点使得其在电力储备方面具有优越性。
此外，随着能源危机的加剧，金属空气电池的绿色环保与经济性也得到了越来越广泛的关注。
2. 交通金属空气电池也广泛应用于交通领域。
例如，美国空军已经开始使用金属空气电池来为无人机提供能源。
此外，汽车、轮船、飞机等交通工具也可以通过金属空气电池实现绿色环保的能源转化。
3. 通讯金属空气电池也应用于通讯领域，例如手机、电脑等各种电子设备。
由于其容量大、储存时间长，金属空气电池可以为这些设备提供更为可靠的电源。
四、金属空气电池的未来随着科技的不断发展，金属空气电池的应用将会越来越广泛，未来甚至可能替代锂电池成为普及的电池类型之一。
在保证环保的同时，金属空气电池也将会成为未来能源领域的一个重要研究方向。
总之，金属空气电池具有容量大、储存时间长、价格便宜的优势，未来的应用前景广阔。
随着科技的不断进步，金属空气电池的研究与应用将会不断推进。
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
新能源铝空气电池原理及优点
新能源铝空气电池(diànchí)原理及优点化学词典为您介绍铝空气电池原理、铝空气电池优点，随着石墨烯电池的大热，一些含有高科技成分的新能源用品广受大家关注，而铝空气电池就是其中一种。
铝空气电池，顾名思义就是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。
它是一种无污染、长效、稳定(wěndìng)可靠的电源，是一款对环境十分友好的电池。
铝空气电池(diànchí)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(zuòyòng)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(diànchí)优点1、比能量大铝空气电池的实际比能量只达到350～400Wh/kg，这数值还不及它理论值的5%。
但就是这5%不到的比能量也是铅酸电池的7～8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。
若采用铝空气电池的电动车，续驶里程明显地提高。
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、质量轻我国开发和研制的牵引用动力型铅酸蓄电池的总能量为13.5kWh，总质量为375kg。
而同样能量的铝空气电池总质量仅45kg，为铅酸蓄电池质量的12%。
由于电池质量大大减轻，车辆的整备质量也降低，可以提高车辆的装载能量或延长续驶里程。
3、铝没有毒性和危险性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。
基于CAN总线的铝-空电池管理系统设计
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箱， 给安 装 、 调试 带来 极 大麻 烦 ， 同时也存 在 安 全 隐
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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
铝空气电池引言铝空气电池是一种新型的电化学能源转化装置，它以铝作为阳极和氧气作为氧化剂。
相比传统的锂离子电池，铝空气电池具有更高的能量密度和较低的成本，因此备受关注。
工作原理铝空气电池的工作原理基于铝的氧化性质以及氧气的还原反应。
在正极，氧气从空气中采集并还原，生成氧化物离子。
在负极，铝通过电化学反应被氧化，生成铝离子和电子。
电子在外部电路中流动，产生电能。
铝离子则与氧化物离子反应，生成铝氧化物。
优势和挑战优势1.高能量密度：铝空气电池具有较高的能量密度，可以提供更长的续航能力，适用于电动汽车等大容量能源存储领域。
2.低成本：铝是地球上最为丰富的金属之一，因此铝空气电池的制造成本相对较低。
3.可再生性：铝空气电池使用的原料铝可通过回收再利用，有助于减少资源浪费和环境污染。
挑战1.腐蚀性：铝空气电池在高温和潮湿环境下容易受到腐蚀，导致性能下降。
2.阳极反应限制：在阳极处，铝的氧化速率较慢，限制了电池的输出功率。
3.耐久性：铝空气电池的循环寿命相对较短，需要进一步改进。
应用前景铝空气电池的应用前景非常广阔。
以下是几个主要领域的应用潜力：电动汽车铝空气电池具有高能量密度和较低的成本，是理想的电动汽车能源存储解决方案。
它可以提供更长的续航里程，减少充电时间，并有效降低电动汽车的成本，推动电动汽车的普及化。
可再生能源存储随着可再生能源的不断发展，能源储存的需求也越来越大。
铝空气电池可以作为可再生能源的储存设备，将多余的电能存储起来，并在需要时释放。
这有助于平衡电网负荷和提高能源利用效率。
移动设备铝空气电池的高能量密度和轻量化特点使其非常适合用于移动设备，如智能手机、平板电脑和无人机等。
它可以提供更长的续航时间，延长设备的使用时间。
发展前景目前，铝空气电池仍处于研发阶段，需要克服一些技术难题才能实现商业化应用。
但随着科学技术的进步和能源需求的不断增长，铝空气电池有望成为未来能源转换和储存的重要手段之一。
结论铝空气电池作为一种新兴的能源转化装置，具有高能量密度、低成本和可再生性的优势。
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。
铝空气电池的应用领域及前景
铝空气电池的应用领域及前景铝空气电池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。
铝空气电池的应用领域及前景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。
既然100公斤就能行驶3000公里，那为什么还要仍需保留锂离子电池呢？而且要在锂离子电池电量耗尽后才启动？我认为虽然优点很优，缺点也比较显而易见：1.比功率较低，充电和放电速度比较缓慢；2.电压滞后，自放电率较大；3.需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热所以说前景的话，肯定是有的，但是在这些致命缺点解决以前，短时间内是不会取代锂离子电池。
各种空气电池早已存在。
属于储备电池范围。
想想没电的时候换块金属块，多完美。
但是这类电池都有一个共性问题：没有较完善的电解质膜的解决方案，所以导致这一类电池的应用始终无法扩大。
这膜要保护金属在碱液中的稳定性，要以离子的方式传输电流，想想。
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。
铝空气电池的原理及应用
铝空气电池的原理及应用1. 原理铝空气电池（Aluminum-air battery）是一种利用铝和氧气反应产生电能的电池。
其工作原理基于铝和氧气的化学反应。
1.1 化学反应铝空气电池的基本化学反应为：2Al + 3/2 O2 -> Al2O3铝与氧气在电池中反应生成氧化铝，同时释放出电子。
这些电子通过外部电路流动，从而产生电流。
1.2 空气电极和铝极铝空气电池由空气电极和铝极两部分组成。
空气电极是正极，由氧气和电解质组成。
氧气通过空气电极中的孔隙进入电池，并在电极中与铝发生反应。
铝极是负极，由纯铝制成。
铝极与空气电极隔离，通过电解质与空气电极建立联系，使电子得以流动。
2. 应用铝空气电池具有许多独特的特性，使其在多个领域有着广泛的应用。
2.1 便携式电子设备铝空气电池由于其高能量密度和轻量化特性，被广泛应用于便携式电子设备，如智能手机、平板电脑和笔记本电脑等。
相比传统的锂离子电池，铝空气电池具有更高的能量储存能力，可以提供更长的续航时间。
2.2 电动汽车铝空气电池在电动汽车领域也有着巨大的潜力。
相比传统的锂离子电池，铝空气电池具有更高的能量密度和更轻的重量，可以提供更长的续航里程。
此外，铝空气电池的充电时间也相对较短，可以提高电动汽车的使用效率。
2.3 电网储能铝空气电池还可以用于电网储能系统。
电网储能系统可以将多余的电能存储起来，并在需要的时候释放。
铝空气电池作为电网储能系统的组成部分，可以提供持久的、高效的储能解决方案。
2.4 军事应用由于铝空气电池具有高能量密度和可靠性，因此在军事领域也有广泛的应用。
铝空气电池可以用于无人机、潜艇和导弹等军事装备，为这些装备提供可靠的电力支持。
3. 优势和挑战3.1 优势•高能量密度: 铝空气电池具有高能量密度，可以提供更长久的电力供应。
•轻量化: 铝空气电池相对于传统电池来说更轻巧，可以降低设备的重量。
•环保: 铝空气电池的反应产物是氧化铝，对环境无污染。
四大空气电池
金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。
金属空气电池以活泼的金属作为阳极，具有安全、环保、能量密度高等诸多优点。
具有良好的发展和应用前景，甚至被寄予厚望替代当前新能源汽车主要的动力电池类型—锂离子动力电池。
制作金属空气电池，可选用的原材料比较丰富。
目前已经取得研究进展的金属空气电池主要有铝空气电池、镁空气电池、锌空气电池、锂空气电池等。
这几种类型的金属空气电池有的已经具备大规模量产的条件，有的还停留在实验室阶段，有的已经在电动汽车方面取得良好的应用成果，并即将大规模装载新能源车辆。
本文将分别介绍上述几种金属空气电池的研发及应用进展。
一、铝空气电池1、工作原理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。
2、特点铝空气电池具有无毒、无害、无污染，可回收循环使用等特点。
对于电动汽车来说，铝空气电池具有质量轻、比能量大的显著特点。
资料显示，铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg，目前的实际比能量约实现了350Wh/kg，是锂电池的2.3倍，镍氢电池的6倍，铅酸电池的7倍多。
这种电池对于减轻汽车重量，增加续航里程具有明显的帮助。
3、研发及应用进展国外：据相关资料，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。
美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量。
国内：云铝股份与昆明冶金研究院共同出资组建创能铝空气电池股份有限公司，投资铝-空气电池研发项目。
目前，创能铝空气电池研发项目正在推进中。
中国动力与PHINERGY成立合资公司，计划在大巴、旅游车、物流汽车及运动型多用途汽车等电动车型推广铝空气电池。
并计划在大陆、香港、澳门进行推广。
新能源铝空气电池原理及优点
新能源铝空气电池原理及优点铝空气电池的基本构成包括铝负极、空气正极和电解质。
铝负极是由纯铝材料制成，空气正极由空气中的氧气和氢氧化钠等催化剂组成，电解质则是一种碱性溶液。
铝负极与空气正极通过电解质相互隔离，在电解质中形成以铝为原料的氧化反应。
铝会与空气中的氧气发生化学反应，形成氧化铝，并释放出电子。
电子在外电路中流动，完成电能输出。
铝空气电池的优点主要体现在以下几个方面：1.高能量密度：铝空气电池具有较高的能量密度，意味着可以存储更多的能量，为电子设备提供长时间的稳定供电。
相比传统的锂离子电池，铝空气电池的能量密度可以提高约5倍。
2.环保与可再生：铝空气电池使用的原料是铝和空气，与传统石油类燃料相比，铝空气电池的使用过程中不会产生二氧化碳等有害气体，具有较低的环境污染。
而且，铝空气电池使用的原料铝是可再生的，可以通过回收利用，减少对自然资源的依赖。
3.安全性高：铝空气电池具有较高的安全性。
相比其他类型的电池，铝空气电池没有液体电解质，是一种固态电解质电池。
这意味着它在使用过程中不会发生泄漏、溢出等问题，减少了因电池损坏而导致的灾难性事故的风险。
4.重量轻、体积小：铝空气电池具有较轻的重量和较小的体积。
这使得铝空气电池成为一种理想的能源选择，特别适用于一些对体积和重量要求较高的应用场景，例如移动电子设备、无人机等。
5.能量供应稳定：铝空气电池具有较稳定的电压特性，能够提供稳定的电能输出。
这对于一些对电力稳定性要求较高的设备来说非常重要，保证了设备的正常运行。
然而，铝空气电池也面临一些挑战。
首先，铝空气电池的循环寿命较短，需要进行频繁的维护和更换。
其次，铝空气电池发电过程中产生的氧化铝会不断堆积在电池负极上，导致电池容量的下降。
解决这些问题是铝空气电池技术发展的重要方向之一综上所述，铝空气电池作为一种新能源技术，具有诸多优点，具备广泛的应用前景。
随着相关技术的进一步研发和创新，铝空气电池有望成为未来能源领域的重要存在。
铝离子电池的原理及应用
铝离子电池的原理及应用概述铝离子电池是一种利用铝离子在电解质溶液中进行氧化还原反应来存储和释放能量的电池。
它具有高能量密度、可重复充放电、环保等优点，被广泛研究和应用于储能领域。
原理铝离子电池工作的基本原理是利用铝和空气中的氧气进行电化学反应。
在充电过程中，铝金属电极发生氧化反应，生成Al3+离子；而在放电过程中，Al3+离子与空气中的氧气进行还原反应，生成铝金属电极和氧气。
该反应的化学方程式如下：充电反应：Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e- 放电反应：3Al(OH)3 + 3e- → Al + 3OH-优点•高能量密度：铝离子电池相较于传统的锂离子电池具有更高的能量储存密度，能够提供更长的续航里程或储存更多的能量供应。
•可重复充放电：铝离子电池可以进行多次充放电循环使用，具有较长的使用寿命。
•环保：铝离子电池所使用的材料是铝金属和水等环保物质，不会产生有害的化学物质。
•快速充电：铝离子电池具有较高的充电速率，可以在较短的时间内完成充电过程。
应用领域铝离子电池在能源领域具有广泛的应用前景，以下列举几个常见的应用领域：1. 电动汽车•高能量密度的铝离子电池可以大幅提升电动汽车的续航里程，缓解目前电动汽车续航能力较低的问题。
•铝离子电池的快速充电特性也可以大幅缩短电动汽车的充电时间，提高使用效率。
2. 储能系统•铝离子电池可以用作家庭和工业储能系统的储能设备，以平衡能源供应和需求之间的差异。
•其高能量密度和可重复充放电的特性使得铝离子电池成为可再生能源的理想储能解决方案。
3. 移动设备•铝离子电池可以应用于移动设备，如智能手机和平板电脑等，提供持久的电力支持，减少充电频率。
•其环保特性也符合现代社会对环保产品的需求。
4. 紧急备用电源•铝离子电池可以作为紧急备用电源使用，以备发生停电或其他意外情况时使用。
•其高能量密度和可重复充放电的特性使其成为理想的备用电源选择。
结论铝离子电池作为一种新型的储能设备，具有高能量密度、可重复充放电和环保等优点，在电动汽车、储能系统、移动设备和紧急备用电源等领域有着广泛的应用前景。
铝空气电池发展状况及相关建议
化解电解铝产能过剩的新路径——汽车用铝空气电池2014年6月，美铝与以色列Phinergy公司联合开发的续航能力达到1600公里的汽车用铝空气电池进行了试车，比较好的解决了当前电动汽车续航里程低、充电不方便、成本高等主要问题，这一成果将大幅增加铝的消费量，引起了铝行业、电动汽车行业的广泛关注。
按中国汽车销量及运行里程测算，我国铝空气电池可年增铝消费约995万吨，占2013年全国铝消费量的40%，对我国化解电解铝产能过剩有重大意义。
一、铝空气电池技术概况（一）基本原理与构造铝空气电池以空气中的氧为正极活性物质,铝或铝合金为负极活性物质, 以氢氧化钠水溶液等为电解质，空气中的氧气通过电池两侧的空气电极到达电化学反应界面,与铝反应放出电能。
单体铝空气电池构造以铝为负极，以电池两侧的辅助空气电极为正极，工作时主要消耗铝和少量的水。
铝空气电池也能够以若干单体电池构成的电池组形式进行供电。
（二）技术发展状况当前，铝空气电池技术路线基本都已走通，只是在每度电铝材消耗、实际比能量、比功率等技术指标方面存在一定的差异。
国内从事相关技术研究的单位主要有中科院过程工程研究所、大连物理化学研究所、船舶重工712所、德阳东深新能源科技公司等单位以及相关大学院校等，并且已经分别完成符合自身科研需要的原理机，功率型号分别有1kW、5kW、50kW、100kW等。
同时，据相关报道，国内已有学术研究机构与企业合作推出了电动车铝空气电池，能量密度达到350Wh/kg以上，电池实现了集成化，容量达到5000Ah以上，可进行商业化应用。
此外，铝空气电池在国防军事领域，以及一些特殊环境下的移动电源、备用电源领域等，已经进行了小规模产业化，但总体需求较小。
国外以色列Phinergy公司在空气电池方面具有一定的专长，于2013年6月宣布研发出了电动汽车专用的铝空气电池，充电一次可使电动汽车行驶历程达到1600公里。
此款电池的阳极由50块铝板组成(总重25千克)，每一块铝板所提供的能量可供电动汽车行驶32公里。
新型铝—空气电池管理系统设计
带来 了极大麻烦 ， 同时也存 在安 全隐患 ， 故采用 基于 Ｃ Ａ Ｎ总
线的分布式电池管理 系统 ， 它 由 ８个 电堆 管理 模块 、 智 能控 制模块 和主控模块 组成 。智 能控制 模块 包括 供液循 环 子模 块、 供氧循环 子模 块 、 热管理子模块 、 能量管理子模块 。
（ 第二炮兵工程大 学 研究 生四队 ， 西安 ７ １ ０ ０ ２ ５ ）
摘要 ： 针对铝一 空气 电池 的化学反应特 点 ， 设计 了新型铝一空气 电池管 理系统 ， 系统 由 ８个 电堆管 理模块 、 智能控 制
模块和主控模块组成 ， 给出了电堆 管理模 块 和主控模 块 的硬件设 计 ， 智 能模块 的设计 方 案以及 整个 系统 的程序 流
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铝在储能上的应用
铝在储能上的应用随着可再生能源的快速发展和电动汽车的普及，能源储存技术变得越来越重要。
铝作为一种轻便且具有良好导电性和导热性的金属材料，正在被广泛应用于储能领域。
本文将介绍铝在储能上的应用。
1. 铝电池铝电池是一种利用铝作为阳极材料的电池。
与传统的锂离子电池相比，铝电池具有更高的能量密度、更长的寿命和更低的成本。
铝电池的工作原理是通过在阳极上嵌入和脱嵌铝离子来储存和释放能量。
铝电池可以广泛应用于电动车、储能电站等领域。
2. 铝空气电池铝空气电池是一种利用铝与空气中的氧气反应产生电能的电池。
铝空气电池具有高能量密度、长寿命和可充电性的优点。
铝空气电池可以用于电动车、便携式电子设备等领域。
3. 铝电容器铝电容器是一种利用铝作为电极的储能装置。
铝电容器具有高电容量、低内阻和长寿命的特点。
铝电容器可以广泛应用于电子设备、电动工具等领域。
4. 铝热能储存铝热能储存是一种利用铝的热化学反应来储存和释放能量的技术。
铝热能储存系统由铝粉、储热剂和储热器组成。
在储能过程中，铝粉与储热剂反应生成热量，储存在储热器中，需要释放能量时，可以通过气体或液体介质将热量传递出来。
铝热能储存可以应用于太阳能热发电、工业余热利用等领域。
5. 铝液态电池铝液态电池是一种利用铝的液态状态进行储能的技术。
铝液态电池由铝阳极、液态电解质和碳负极组成。
在储能过程中，铝阳极溶解成铝离子，释放出电子，电子通过外部电路流动，实现能量储存。
铝液态电池可以应用于便携式电子设备、储能电站等领域。
总结起来，铝作为一种轻便且具有良好导电性和导热性的金属材料，具有广泛应用于储能领域的潜力。
铝电池、铝空气电池、铝电容器、铝热能储存和铝液态电池等技术的应用，将为可再生能源的发展和电动汽车的普及提供更加可靠和高效的能源储存解决方案。
未来，铝在储能领域的应用前景将会更加广阔。
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电池工业
叁』垡丝坠塑——————一：：．，
丝望堕：墅丝兰业生三旦
的净能量转换效率达８３％，按电池的总重量算，能量密度达到３５０Ｗｈ／ｋｇ，其最新研究成果已将电池寿命延长至原先的１０倍，使电池机械充电次数由２００次提高到３０００次。
美国电技术研究公司１９８８年在小汽车上成功应用了铝一空电池，该公司制备的单体电池电压为１．１５Ｖ，峰值功率为４４０Ｗ，１０个单体电池形成４．４ｋＷ的电池组，成功驱动小车。
铝空电池的发展将会大大促进电动车产业的发展。
２．４水下电源
利用海水中溶解氧的铝空气电池具有一个明显的优点，就是除负极材料铝以外的所有反应物全部来源于海水。
这种电池的正极位于负极的周围，并敞开于海水中，因此其反应产物能够直接排人海洋。
由于海水中没有足够的氧，所以电极面积也相应较大。
此外，由于海水的电导率较低，电池组的设计通常不采用串连方式，而采用ＤＣ—ＤＣ转换器获得较高的电压。
为了增大反应面积，有的电池做成了电缆形状，如图４所示，以铝芯作阳极，外层为阴极，使用时放置在海水中。
据报道，一种直径３ｃｍ的电缆电池可长达数百米，每米重量１蝇，质量比能量６４０Ｗｈ／ｋｇ，可在水下使用半年之久１６１。
１一铝阳极；２一隔离物；３一氧阴极；４一多孔透水的外保护层
图４电缆状铝一空气电池
Ｆｉｇ．４ＣａｂｌｅｔｙｐｅＡｌ－ａｉｒｂａｔｔｅｒｙ
铝一空气电池已成为无人水下航行器（ｕｕｖ）和自主水下航行器（ＡＵＶ）的理想电源。
挪威的ＨＵＧＩＮ系列ＵＵＶ和ＡＵＶ采用Ａ１／ＨＰ（双氧水）电池，其中ＨＵＧＩＮ３０００和ＨＵＧＩＮ４５００携带能量分别增加到４５ｋＷｈ和６０ｋＷｈ，续航能力达到６０ｈ。
而ＨＵＧＩＮ１１同和ＨＵＧＩＮ３０００采取了相似的电源设计，区别是后者提供的能量更大，以下着重就ＨＵＧＩＮ３０００的电源设计进行叙述。
ＨＵＧＩＮ３０００的动力源采用Ａ１／ＨＰ（双氧水）电池，它为ＨＵＧＩＮ３０００ＡＵＶ在水下３０００ｍ提供足够的动力使其在４节的航速下航行超过５０ｈ，总能量达到了５０ｋＷｈ。
该电池以铝为阳极反应物，以添加在电解液中的过氧化氢（Ｈ５０２）为阴极反应物，主要包括以下部分：６个串连的电池模块组成的电池本体，排气装置，电液循环系统，两个ＨＰ贮槽，电池控制单元，ＤＣ／ＤＣ转换器（输出３０Ｖ，１２００Ｗ）．Ｃｄ—Ｎｉ缓冲电池。
其中阴极采用和ＨＵＧＩＮＩＩ相似的瓶刷状炭电极１７］，每两列碳电极中间排列２８个铝阳极。
这种瓶刷状的碳电极使电池在很低的ＨＰ浓度下即可正常运行，从而使铝阳极的腐蚀和氧的损耗大大降低。
由于电解液的更换和ＨＰ的再充满都非常的迅速，而阳极的更换相对要耗时一些，大约需花费４～５ｈ，因此，铝阳极的设计容量一般为两次下潜所需约１００ｈ，而电解液和ＨＰ的量为一次下潜任务所需约５０ｈ．因此，它典型的工作方式是下潜２－３次之后，再进行铝阳极的更换和液体的再充，而中间则只需要更换电解液和补充ＨＰ。
按现有水平，此电池在中性浮力下的比能量密度和在充换ＨＰ及电解液的速率方面都是很独特的。
按现有铝量，只需要增加电解液和ＨＰ的量就可以提高ＡＵＶ一次任务所需的能量１８１。
图５是一种ＵＵＶ用铝一氧电池设计模式，包括６个主要的系统：电堆系统、电解质控制系统（由泵将ＫＯＨ溶液打人电池）、氧贮存和供应系统、氢气管理系统、热管理系统、电子控制单元１９］。
图５ＵＵＶ用铝氧电池设计模式
Ｆｉｇ．５ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＡｌ—０２ｂａｔｔｅｒｙｆｏｒＵＵＶ
另外燃料电池技术公司（前身为加拿大铝能公司）已经发展并测试了用于水下航行器（ＸＰ一２１ＡＵＶ）的铝半燃料电池。
为ＸＰ一２１设计的铝一空电池，装配于壳体上，长２．２４ｍ，重４００
ｋｇ，携带能量１００。