金属空气电池

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1、应用前景原理举例（以锌铝为例）简介金属空气电池金属空气电池—简介金属空气电池金属空气电池的简单介绍金属空气电池(MAB)是一类特殊的燃料电池,也是新一代绿色二次电池的代表之一,具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点,既有丰富的资源,还能再生利用,而且比氢燃料电池结构简单,是很有发展和应用前景的新能源。下面重点介绍锂和铝空气电池。锂空气电池电池的构造化学原理锂空气电池使用及性能电池的构造电池通过放电反应生成的不是固体氧化锂（Li2O），而是易溶于水性电解液的氢氧化锂（LiOH），这样就不会引起空气极的碳孔堵塞。另外，由于水和氮等无法通过固体电解质隔膜，因此不存在和负极的锂金属

2、发生反应的危险。此外，配置了充电专用的正极，可防止充电时空气极发生腐蚀和劣化。负极采用金属锂条，负极的电解液采用含有锂盐的有机电解液。中间设有用于隔开正极和负极的锂离子固体电解质。正极的水性电解液使用碱性水溶性凝胶，与由微细化碳和廉价氧化物催化剂形成的正极组合。化学原理及原理图放电时电极反应如下:（1）负极反应（Li→Li++e-）金属锂以锂离子（Li+）的形式溶于有机电解液，电子供应给导线。溶解的锂离子（Li+）穿过固体电解质移到正极的水性电解液中。（2）正极反应（O2+2H2O+4e-→4OH-）通过导线供应电子，空气中的氧气和水在微细化碳表面发生反应后生成氢氧根离子（OH-）。在

3、正极的水性电解液中与锂离子（Li+）结合生成水溶性的氢氧化锂（LiOH）。充电时电极反应如下:（1）负极反应（Li++e-→Li）通过导线供应电子，锂离子（Li+）由正极的水性电解液穿过固体电解质到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属锂。（2）正极反应（4OH-→O2+2H2O+4e-）性能及应用前景锂空气电池这是一种由日本产业技术综合研究所与日本学术振兴会(JSPS)共同开发出的一种新构造的大容量锂空气电池。理论上可实现大容量的“锂空气电池”作为新一代大容量电池而备受瞩目。不过此前的锂空气电池存在正极蓄积固体反应生成物，阻隔了电解液与空气的接触，导致停止放电等问题。该技术极有望用于

4、汽车电池。如果在汽车用支架上更换正极的水性电解液，用卡盒等方式补充负极的金属锂的话，汽车可实现连续行驶且无需充电等待时间。可以从用过的水性电解液中轻松提取金属锂，锂能够反复使用。可以说是用金属锂作为燃料的新型燃料电池。锂离子电池目前已经开始在电动汽车上应用，为了实现长距离行驶，作为蓄电池时的高性能化和低成本化备受期待。但目前的锂离子电池受制于电池容量很难实现长距离行驶，要实现长距离行驶必须在汽车上配备大量的电池，因此存在车体价格大幅上升的问题。要实现电动汽车的普及，能源密度需达到目前的约6～7倍。因此，理论上能源密度远远大于锂离子电池的金属锂空气电池备受关注。由于锂空气电池的正极使用空

5、气中的氧做活性物质，理论上正极容量无限大，因此可实现大容量。铝空气电池原理铝-空气电池的负极是铝合金,在电池放电时被不断消耗,正极是多孔性氧电极,跟H2/O2燃料电池的氧电极相同,电池放电时,从外界进入电极的氧气(空气)在电解质、活性剂和催化剂的三相界面发生电化学反应生成OH-。电解液可分为两种,一种是碱性溶液，另一种为中性溶液(NaCl或NH4Cl水溶液或海水)。化学反应铝空气电池的特点中性电解质体系由于电导率较低且铝酸盐不可溶，因此功率难以提高。碱性体系能够溶解一定的铝酸盐且电导率高，因此应用于相对较高功率的需求。一般盐性条件下的铝-空气电池与碱性铝-空气电池的区别主要体现在反应产

6、物、电压及功率上。盐性条件下电压低，适用于中小功率应用，而碱性条件下电池电压高,既可适用于小功率应用,也可适用于中高功率应用如作电动汽车电源等。盐性条件下,反应产物为不可溶的三水铝石凝胶。由于凝胶状物质的产生,它会粘附在阳极的表面阻止电极反应,从而降低了反应速率及阳极效率，通过加入特殊的抑制剂如SnO32-于电解液中［3］,以抑制剂为晶核,使三水铝石以晶状粉末形式存在,这样自然沉淀于电解液的底层,从而消除了凝胶物质的不良影响。碱性条件下反应产物为可溶的Al(OH)4-，没有沉淀问题（铝酸盐在溶液中达到饱和会析出），但会使电解液的电导率下降，从而影响电池性能。另外由于铝的腐蚀反应生成氢气

7、并放出热,以及电池对外做功也放出热，因此必须对电池系统进行安全处理（如除氢，换热）。综合铝-空气电池的特点，其设计时除了应选择高电位、低析氢量的铝阳极和低廉、高效的空气阴极外，还应注意以下几个主要问题：1）氢气的排除；2）三水铝石凝胶或铝酸盐影响的消除；3）不同应用场合的供氧系统；4）热交换系统。由于铝-空气电池的应用场合不同、功率大小不同、环境条件不同，因此造成其设计有较大差异。