14.8.22--铝空气电池课件

(一)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。

目录

1工作原理

2构造特点

3主要特点

▪比能量大

▪质量轻

▪无毒危险

4海洋电池

5研发进展

1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。

2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。

3主要特点

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。

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。

无毒危险

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。

虽然铝空气电池含有高的比能量，但比功率较低(超级电容与此正相反,可互补)，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。[1]

4海洋电池

1991年，我国首创以铝－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。两极反应为：

负极：（Al）：4Al－12e=4Al3+

正极：（Pt或Fe等）：3O2+6H2O十12e=12OH－

总反应式：4Al+3O2十6H2O=4Al(OH)3↓

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，其能量比干电池高20～50倍。电池设计使用周期可长达一年以上，避免经常交换电池的麻烦。即使更换，也只是换一块铝板，铝板的大小，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工作。海洋电池，以海水为电解质溶液，不存在污染，是海洋用电设施的能源新秀。

5研发进展

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。[2]

使用这种电池的汽车仍需保留锂电子电池，铝电池只在锂电池电量耗尽后才启动，因此可以用很长时间，期间只需每月加注清水。通常在一年左右达到使用极限后，到服务站更换充满电的铝电池即可。[2]新电池并不是从普通电网充电，而是在美铝公司水电站的熔炼车间充电，充满电的电池其实是一块大部分由铝制成的厚重面板。铝板利用从空气中吸收的氧气以及用户给汽车加的水产生化学作用，将铝变成氧化铝，从而释放出能量，为汽车持续提供动力。铝的氧化反应在铝暴露在空气中时会自然发生，表面的氧化铝会阻止深层的铝继续发生反应，新电池采用的新技术则包含了电解质可溶解表面氧化层，使反应持续进行。[2]

(二)自制铝空气

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一、说明：

1.目的：通过几种简易装置实现对铝空气电池的模拟制作，并通过资料对其工作原理进行了解。

2. 制作材料：铝箔、碎木炭、木炭棒、铝皮易拉罐、饱和食盐水、餐巾纸、木棒、电池夹、直流电机、砂纸。

3.本电池电量大（如按高品质的电池方法制作，可达1.5v），安全、无毒、无易燃物质，材料易得。

二. 制作铝空气电池

1.层叠式电池，不做介绍（因效率太低）；

2.棒式电池：

取一根一端有开口的木炭棒，再取一张餐巾纸，紧紧地包裹在木炭棒上，用饱和食盐水浸湿，再取一张铝箔紧紧地包裹在木炭棒上面，用一个电池夹一端夹在木炭棒的开口处，一端夹在电机一极上，用另一个电池夹一端夹在铝箔上，一端夹在电机另一极上，这时电机转动，电压约0.8v左右；

3.高品质电池

取一个铝皮易拉罐，用剪刀剪去罐盖，再用砂纸卷成筒状（有沙面朝外）磨掉易拉罐里的胶层，再取一张餐巾纸，使其紧贴罐壁，再倒入一些饱和食盐水，使其浸润餐巾纸，再插入一根木炭棒，并在其周围填上碎木炭，用木棒压实，直至装满为止，用一个电池夹一端夹在木炭棒的开口处，一端夹在电机一极上，用另一个电池夹一端夹在铝皮上，，一端夹在电机另一极上，这时电机转动，电压约1.5v左右；

附：

1.制作铝空气电池视频地址：

/v_show/id_XMTI5MjM4MTMy.html

2.有关资料及工作原理：

1. 铝空气电池的工作原理：

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，以氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为电解质，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。

2. 铝空气电池的构造：

在单体电池中以铝为负极、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。

3. 铝空气电池的特点

(1)比能量大-铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg，目前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