空气电池是化学电池的一种。构造原理与干电池相似,所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。例如有一种空气电池,以锌为负极,以氢氧化钠为电解液,而阴极是多孔的活性炭,因此能吸附空气中的氧以代替一般干电池中的氧化剂(二氧化锰)。

1.空气电池原理

空气电池是化学电池的一种。构造原理与干电池相似,所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。例如有一种空气电池,以锌为阳极,以氢氧化钠为电解液,而阴极是多孔的活性炭,因此能吸附空气中的氧以代替一般干电池中的氧化剂(二氧化锰)。
日本正在推进空气镁电池的大容量化研究,该电池的工作原理为通过空气中的氧气和金属镁发生化学反应产生电能。参与的机构包括古河电池、尼康、日产汽车、日本东北大学、宫城县日向市等产业界、学界、政府方面的11个单位。作为研究的第一步,古河电池计划在年内生产出发电量为300瓦的应急电源,用于给手机等充电。
日本企业陆续研发大幅提高空气电池使用寿命的技术,使用寿命是有“终极蓄电池”之称的空气电池的最大课题。富士通旗下的FDK公司开发的氢-空气燃料电池有望3年后实现实用化。

空气电池原理

2.空气电池特点

(1)低成本特性:原材料负极锌、正极空气、水基碱性电解液都足够廉价。成本多产生在空气电极催化剂,相比氢燃料电池催化剂,锌空气空气电极催化剂服役在碱性电解质中,催化剂种类选择极其广阔。美国EOSEnergyStorage公司公开信息显示,250kW/1MWh系统系统全寿命周期成本为212$/kWh(约1450元/kWh),与铅炭电池系统成本相当。
(2)高能量特性:该电池正极使用空气中的氧气作为活性物质,容量无限,电池比能量取决于负极容量,可达到350-500Wh/kg;
(3)高安全性:不易燃水电解质、运输时无危险、不含有毒物质。此外,锌空气电池还兼具环保、可以灵活定制等特点,可以打破多个蓄电池市场的现有竞争格局,是一项非常有市场竞争力和广阔市场空间的技术。

空气电池特点

3.空气电池分类

1、锌空气电池:
锌空气电池( zinc air battery),用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质,以锌为负极,以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池。又称锌氧电池。分为中性和碱性两个体系的锌空气电池,分别用字母A和P表示,其后再用数字表示电池的型号。
锌空气电池的充电过程进行得十分缓慢,为解决这一问题,通常锌空气电池 的负极锌板或锌粒,被氧化成氧化锌而失效后,一般采用直接更换锌板或锌粒和电解质的方法,使锌空气电到完全更新。放电时正、负极和总反应的化学方程式为:
负极:Zn+2OHˉ=ZnO+H2O+2eˉ
正极:0.5O2+H2O+2eˉ=2OHˉ
总反应:2Zn+O2=2ZnO
锌锰电池中用含铂的多孔性炭电极代替二氧化锰炭包,开发了锌空气干电池的技术。
2、锂空气电池:
大容量锂-空气电池并非新概念,至今都未普及原因是它存在致命缺陷,日本的研究院克服了这个困难,但要想实现商用,可能还需要10年。
减碳,对于人类福祉来说,绝对不是离谱的要求,但对于全球汽车业来说,却是一件困难的事情。
众所周知,锂离子电池广泛用于手机和笔记本电脑等,目前也已经是下一代充电式混合动力车和电动车的理想之选。它比其它汽车电池的密度更高、电量更充足,但也更贵,受制于电池容量,充电后的行驶距离仍不够远。即将于2010年上市的雪佛兰Volt混合动力汽车如果仅仅使用电池,只能行驶40公里。
尽管仍有改进的空间,但锂离子电池的潜力依然有限。普遍认为,要实现电动汽车的普及,能源密度需达到目前的约6~7倍。于是,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。虽然仍使用有机溶媒,但它却以全新的构成极大提高电池的能量密度。
锂-空气电池并非新概念。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质,理论上正极的容量密度是无限的,可加大容量。另外,如果负极使用金属锂,理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。
3、铝空气电池
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、稳定可靠的电源,是一款对环境十分友好的电池。电池的结构以及使用的原材料可根据不同实用环境和要求而变动,具有很大的适应性,既能用于陆地也能用于深海,既可做动力电池,又能作长寿命高比能的信号电池,是一款十分强大的电池,有很广阔的应用前景。
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)和氢氧化钠(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。

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