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幾種金屬空氣電池的國內(nèi)外研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2068次  |  2021年11月03日  

金屬空氣電池是以金屬為燃料,與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)出現(xiàn)電能的一種特殊燃料動(dòng)力鋰電池


金屬空氣電池以活潑的金屬作為陽極,具有安全、環(huán)保、能量密度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景,甚至被寄予厚望替代當(dāng)前新能源汽車重要的動(dòng)力鋰離子電池類型—鋰離子動(dòng)力鋰離子電池。


制作金屬空氣電池,可選用的原材料比較豐富。目前已經(jīng)取得研究進(jìn)展的金屬空氣電池重要有鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池等。這幾種類型的金屬空氣電池有的已經(jīng)具備大規(guī)模量產(chǎn)的條件,有的還停留在實(shí)驗(yàn)室階段,有的已經(jīng)在電動(dòng)汽車方面取得良好的應(yīng)用成果,并即將大規(guī)模裝載新能源車輛。


本文將分別介紹上述幾種金屬空氣電池的研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展。


一、鋁空氣電池

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

1、工作原理


鋁空氣電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為負(fù)極、氧為正極,以氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質(zhì)。鋁攝取空氣中的氧,在電池放電時(shí)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng),鋁和氧用途轉(zhuǎn)化為氧化鋁。


2、特點(diǎn)


鋁空氣電池具有無毒、無害、無污染,可回收循環(huán)使用等特點(diǎn)。


有關(guān)電動(dòng)汽車來說,鋁空氣電池具有質(zhì)量輕、比能量大的顯著特點(diǎn)。資料顯示,鋁空氣電池的理論比能量可達(dá)8100Wh/kg,目前的實(shí)際比能量約實(shí)現(xiàn)了350Wh/kg,是鋰離子電池的2.3倍,鎳氫電池的6倍,鉛酸電池的7倍多。

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IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

這種電池有關(guān)減輕汽車重量,新增續(xù)航里程具有明顯的幫助。


3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展


國外:


據(jù)相關(guān)資料,美國加利福尼亞州在使用鋁空氣電池的電動(dòng)汽車上,有過只更換一次鋁電極續(xù)駛里程達(dá)1600km的記錄。


美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的鋁空氣電池儲(chǔ)存了可行駛3000公里的足夠電量。


國內(nèi):


云鋁股份與昆明冶金研究院共同出資組建創(chuàng)能鋁空氣電池股份有限公司,投資鋁-空氣電池研發(fā)項(xiàng)目。目前,創(chuàng)能鋁空氣電池研發(fā)項(xiàng)目正在推進(jìn)中。


我國動(dòng)力與PHINERGY成立合資公司,計(jì)劃在大巴、旅游車、物流汽車及運(yùn)動(dòng)型多用途汽車等電動(dòng)汽車型推廣鋁空氣電池。并計(jì)劃在大陸、香港、澳門進(jìn)行推廣。


二、鎂空氣電池


1、工作原理


2、特點(diǎn)


能量密度高、理論電壓高、清潔安全。鎂儲(chǔ)量豐富,具有成本優(yōu)勢。


鎂空氣電池的能量密度可達(dá)重量相等的鋰離子電池的10倍。


不足之處在于,鎂陽極的反應(yīng)效率較低,空氣陰極的響應(yīng)速度較慢,盡管這種電池能夠儲(chǔ)存很多能量,但是將能量轉(zhuǎn)換成實(shí)際的動(dòng)力十分有限。


3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展


國外:


據(jù)報(bào)道,韓國研發(fā)的一輛搭載完整鎂空氣電池的電動(dòng)汽車能成功行駛800公里,是當(dāng)前鋰離子電池動(dòng)力汽車平均續(xù)航里程的4倍


日本多家機(jī)構(gòu)包括古河電池、尼康、日產(chǎn)汽車、日本東北大學(xué)、宮城縣日向市等產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)和政府部門正積極推進(jìn)鎂空氣電池的大容量化研究。


日本AguaPower公司已經(jīng)成功開發(fā)制造和商業(yè)化鎂空氣電池,現(xiàn)已注冊專利16個(gè)。


國內(nèi):


寧波材料所動(dòng)力鋰離子電池工程實(shí)驗(yàn)室成功研制出1000Wh鎂空氣電池樣機(jī)。


1000Wh鎂空氣電池樣機(jī)演示圖


該電池由5個(gè)單體電池串聯(lián)而成,以AZ31鎂合金為陽極,以10%的NaCl溶液為電解液,以上述空氣擴(kuò)散電極和錳氧化物催化劑為陰極。該鎂空氣電池的外觀尺寸為200×150×150mm3,重量為2.3kg,能量密度可達(dá)430Wh/kg,最大輸出功率可達(dá)80W。


某公司生產(chǎn)的鎂空氣電池使用水作為電解液,其自帶的LED燈可持續(xù)照明90至100小時(shí),一次可為20部智能手機(jī)充電。這種鎂空氣電池作為應(yīng)急電源應(yīng)用。


三、鋅空氣電池


1、工作原理


鋅空氣電池又稱鋅氧電池,用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì),以鋅為負(fù)極,以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)的一種原電池。


陽極:Zn2OH–→ZnOH2O2e–


陰極:O22H2O4e–→4OH–


綜合:2ZnO2→2ZnO


2、特點(diǎn)


比能量高,可達(dá)到340Wh/kg。安全、放電性能穩(wěn)定、成本低廉。重量是鋰離子電池的50%,續(xù)駛里程是鋰離子電池的200%,初裝價(jià)格約為鋰離子電池的40%。


3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展


國外:


加拿大大學(xué)偉博士及其團(tuán)隊(duì)的研究取得了顯著的進(jìn)展。


國內(nèi):


“車用鋅空氣電池項(xiàng)目”被列入國家863重大科技專項(xiàng)一。


國內(nèi)某鋅空氣電池制造公司聯(lián)合某整車制造商計(jì)劃今年推出500輛12米裝載鋅空氣電池的純電動(dòng)公交車,整車造價(jià)百萬,其中電池價(jià)格約為40萬。


根據(jù)計(jì)劃該公司2017年將生產(chǎn)出滿足3000輛電動(dòng)汽車使用的鋅空氣動(dòng)力鋰離子電池。


四、鋰空氣電池


1、工作原理


鋰空氣電池用鋰作陽極,以空氣中的氧氣作為陰極。放電時(shí),陽極的鋰釋放電子后成為鋰陽離子(Li),Li穿過電解質(zhì)材料,在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結(jié)合生成氧化鋰(Li2O)或者過氧化鋰(Li2O2),并留在陰極。鋰空氣電池的開路電壓為2.91V。


2、特點(diǎn)


鋰空氣電池的比能量是鋰離子電池的10倍,體積更小,重量更輕。不足之處在于,仍處于實(shí)驗(yàn)室階段,實(shí)現(xiàn)商業(yè)化尚要10年左右的時(shí)間。


3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展


國外:


英國劍橋大學(xué)所研制出的鋰空氣電池能夠循環(huán)充電2000次以上。該電池在理論上的能源使用效率超過90%。


2009年,日本研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出了新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。


美國IBMAlmadenReseachCenter正在進(jìn)行鋰空氣電池研究,日本旭化成株式會(huì)社和Central硝子株式會(huì)社兩家公司參加了該項(xiàng)目。研究小組計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)鋰空氣電池的大量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。


國內(nèi):


中科院成功研制出鋰空氣電池單體。



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