鋁空氣電池工作原理

　　鋁空氣電池的化學(xué)反應(yīng)與鋅空氣電池類似，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，在電池放電時產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。鋁空氣電池的進(jìn)展十分迅速，它在EV上的應(yīng)用已取得良好效果，是一種很有發(fā)展前途的空氣電池。

　　鋁空氣電池構(gòu)造特點(diǎn)

　　在單體電池中以鋁（Al）為負(fù)極、氧為正極，在鋁空氣電池兩側(cè)有一對輔助空氣電極，作為鋁空氣電池正極，在工作時只消耗鋁和少量的水。

　　鋁空氣電池主要特點(diǎn)

　　（1）比能量高。鋁空氣電池是一種新型高比能電池，理論比能量可達(dá)到8100Wh/kg目前研發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)能達(dá)到300-400Wh/kg，遠(yuǎn)高于當(dāng)今各類電池的比能量。

　　（2）比功率中等。由于空氣電極的工作電位遠(yuǎn)離其熱力學(xué)平衡電位，其交換電流密度很小，電池放電時極化很大，導(dǎo)致電池的比功率只能達(dá)到50-200W/kg。

　　（3）使用壽命長。鋁電極可以不斷更換，因此鋁空氣電池壽命的長短取決于空氣電極的工作壽命。

　　（4）無毒、無有害氣體產(chǎn)生。電池電化學(xué)反應(yīng)消耗鋁、氧氣和水，生成Al2O3·nH2O，可用于干燥吸附劑和催化劑載體、研磨拋光磨料、陶瓷及污水處理的優(yōu)良沉淀劑等。

　　（5）適應(yīng)性強(qiáng)。電池結(jié)構(gòu)和使用的原材料可根據(jù)實(shí)用環(huán)境和要求而變動，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

　　（6）電池負(fù)極原料鋁廉價易得。相比于其他的金屬，金屬鋁的價格比較低，金屬陽極的制造工藝比較簡單。

　　鋁空氣電池致命缺點(diǎn)

　　鋁對人體不會造成傷害，可以回收循環(huán)使用，不污染環(huán)境。鋁的原材料豐富，已具有大規(guī)模的鋁冶煉廠，生產(chǎn)成本較低。鋁回收再生方便，回收再生成本也較低。而且可以采用更換鋁電極的方法，來解決鋁空氣電池充電較慢的問題。

　　正如所有的事物有其優(yōu)秀的一面也有不足的一方一樣，鋁空氣電池也有不足之處。

　　雖然它含有高的比能量，但比功率較低，充電和放電速度比較緩慢，電壓滯后，自放電率較大，需要采用熱管理系統(tǒng)來防止鋁空氣電池工作時的過熱。

　　鋁空氣電池研發(fā)進(jìn)展

　　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存了可行駛3000公里的足夠電量。

　　使用這種電池的汽車仍需保留鋰電子電池，鋁電池只在鋰電池電量耗盡后才啟動，因此可以用很長時間，期間只需每月加注清水。通常在一年左右達(dá)到使用極限后，到服務(wù)站更換充滿電的鋁電池即可。（此處應(yīng)該是更換新的鋁板）

　　新電池并不是從普通電網(wǎng)充電，而是在美鋁公司水電站的熔煉車間充電，充滿電的電池其實(shí)是一塊大部分由鋁制成的厚重面板。鋁板利用從空氣中吸收的氧氣以及用戶給汽車加的水產(chǎn)生化學(xué)作用，將鋁變成氧化鋁，從而釋放出能量，為汽車持續(xù)提供動力。鋁的氧化反應(yīng)在鋁暴露在空氣中時會自然發(fā)生，表面的氧化鋁會阻止深層的鋁繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，新電池采用的新技術(shù)則包含了電解質(zhì)可溶解表面氧化層，使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。

　　鋁空氣電池發(fā)展前景

　　1、電動車電源的有力競爭者

　　當(dāng)前制約電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素不是電動車本身，而是其動力系統(tǒng)，更確切地說是電池。從金屬空氣電池（包括鋁空氣電池和鋅空氣電池）的本性和進(jìn)展?fàn)顟B(tài)來看，它在其他競爭者面前具有非常誘人的魅力。首先，鋁空氣電池具有300~400wh/kg高比能量，這是上述任何一個競爭對手難以達(dá)到的，同時又是電動車行駛距離得以跟汽油車相比的根本保證。其次，鋁空氣電池可以采取機(jī)械式“充電”，只要幾分鐘就可以方便地更換新的鋁電極，使電池“充足電”，又可繼續(xù)行駛。這是任何二次電池做不到的。再加上氧電極催化劑成本下降，鋁電極利用率提高，促使電池成本大幅度下降。況且電池價格乃是它能否用于電動車、能否被市場接受的最關(guān)鍵性因素。

　　2、潛艇AIP系統(tǒng)的優(yōu)秀能源

　　使用鋁氧燃料電池取代氫氧燃料電池用于潛艇AIP系統(tǒng)之后，其唯一的區(qū)別是用鋁負(fù)極取代了氫負(fù)極。Altek公司的鋁空氣燃料電池最新研究成果已表明，負(fù)極鋁的利用率可以達(dá)到90%，大于燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率。此外，鋁是很輕的金屬，它的重量小于氫及氫源裝置的總重量。因而整個AIP系統(tǒng)的重量和體積將會減小，即提高了AIP系統(tǒng)的能量密度，從而延長了潛艇的一次性水下航行里程。

　　3、水下機(jī)器人的最佳動力電源

　　挪威的HUGIN3000水下機(jī)器人采用鋁過氧化氫電池作動力。該電池的氧電極使用由過氧化氫分解而來的氧。每kg過氧化氫可以生成0.471kg的氧。當(dāng)用于鋁氧電池工作時，它可以產(chǎn)生2~2.4kWh的電能。電池每次放完電后，鋁負(fù)極和電解液重新更換，同時要補(bǔ)充過氧化氫，這些工作只要幾分鐘就可完成。HUGIN3000水下機(jī)器人的排水量為2.4立方米，下潛深度達(dá)到水下600~3000m，在900W額定負(fù)荷條件下可以連續(xù)工作48h。即電池要輸出能量43.2kWh，只需攜帶過氧化氫18~20kg即可。

　　4、價廉物美的高能電源

　　對于大部分移動網(wǎng)絡(luò)中繼站來說，它們處于偏僻地區(qū)，往往無人值班，且早晚氣溫變化很大，致使蓄電池的浮充電流變大，失水量加大，電池容量下降，壽命縮短。由于鋁空氣電池的比能量是鉛蓄電池的6~8倍，這意味著電池連續(xù)工作時間可以延長6~8倍，這對于確保中繼站工作的可靠性和減少維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，以節(jié)約維護(hù)費(fèi)用均是有利的。