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      鋁空氣電池為什么不以替代鋰電池

      作者:admin????來源:未知????發布時間:2019-08-05 14:14????瀏覽量:
          鋁空氣電池的化學反應與鋅空氣電池類似,鋁空氣電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為負極、氧為正極,以氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質。鋁攝取空氣中的氧,在電池放電時產生化學反應,鋁和氧作用轉化為氧化鋁。
          鋁空氣電池會替代鋰電池
          目前可替代鋰電池的鋁電池還處于試制階段,沒有投入商業使用。所以總的來說鋁空氣電池是否會替代鋰電池,還是個未知數,那么我們來看看鋁空氣電池替代鋰電池會遇到哪些問題呢。從電池的續航里程來說,鋁空氣電池相比于鋰電池來說,確實是一個突破。不過由于鋁空氣電池在放電過程中陽極腐蝕會產生氫,這不僅會導致陽極材料的損耗,而且還會增加電池內部的損耗;另外,鋁空氣電池消耗的是鋁,當電池壽命結束的時候需要重新安裝鋁等都極大地阻礙了鋁空氣電池的商業化發展。并且在車載應用方面來說,鋁空氣電池依然是一個未知數,甚至還比不上氫燃料電池。
          鋁空氣電池不能代替鋰電池的原因分析
          1、多用于應急電源
          “鋁空氣電池并不是傳統意義上用于多次存儲電能的電池,而是一種釋放電能的化學反應裝置。”陳濤說,它的工作原理就是活性金屬在水中發生氧化反應釋放能量的過程——通過電解液及特殊的電極材料,將釋放的能量以電能的形式輸出。
      通俗點說,對于鋁空氣電池來說,其中的活性金屬就是鋁,類似的還有鋅空氣電池、鎂空氣電池等,只是根據金屬的活性(在水或空氣中發生氧化反應的劇烈程度)不同,所使用的電解液及其他輔助材料略有不同而已。
          “‘只需加注清水’只是在電池的生命周期內而言的,本質上消耗的物質是鋁,而不是水。”陳濤告訴記者,在電池工作過程中,源源不斷地輸出電能,金屬鋁也在源源不斷地被氧化而消耗,生成氫氧化鋁,產生電能是以消耗含有化學能的鋁為條件的。“100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量”,行駛完3000公里后,電池的壽命就結束了,需要重新安裝,即補充金屬鋁。
          據介紹,鋁空氣電池早在20世紀60年代就已問世。但直到現在,它的研究多半還停留在理論階段,實際應用的并不多。在國內,它的研究多集中于應急電源;而在國外,科學家或研究某種電極材料,或研究特殊應用場合的電池系統,正試圖尋求鋁空氣電池應用技術的突破。
          2、安全風險待檢驗
          “使用不便是鋁空氣電池目前最大的瓶頸。”陳濤認為,除了較存儲電能的電池使用不便外,與其他氣體類的燃料電池相比也有諸多不便,比如氫燃料電池,可以將氫氣方便地加注、存儲、輸送至化學反應裝置,但對于金屬固態物的鋁來說,顯然不方便。其次,副反應較多、反應過程不易控制,部分反應生成物一定程度上阻礙反應繼續進行,釋放大量熱,同時產生易燃易爆氣體。
          在電動汽車的研發路上,鋁似乎正在扮演更重要的角色。一個有意思的現象是,美國特斯拉電動汽車的續航能力能提高到300公里至400公里,使用的電池主要是鎳鈷鋁三元材料,而我國電動汽車則使用的是鎳鈷錳。其中的金屬之差,正是鋁。“特斯拉中采用的鋁材料,主要是應用于可多次存儲電能的電池。它的作用是,提升電池的能量密度,同等重量的電池可以存儲更多電能,讓汽車的續駛里程更長。”陳濤認為,單從這一點來看,確實是一個突破。但由此帶來的安全風險有待實踐的進一步檢驗。以鋰離子電池驅動的電動汽車難以普及,最大障礙是行駛里程有限,目前的續航能力大多在135公里至480公里之間,除非沿途有大量快速充電站,否則不宜駕駛電動汽車遠途旅行。少數大于200公里的車輛,價格又特別昂貴,無法普及。
          3、車載還是未知數
          鋁空氣電池能否替代鋰離子電池呢?吉利汽車研究院曾經做過相關的仿真建模實驗,從汽車動力學角度研究鋁空氣電池作為電動汽車車載能源的應用,關注其本身可釋放的電量及功率。“從實驗結果來看,鋁空氣電池更適合作為續航備用電池。”杜志強說,鋁空氣電池是一個能量源,相對于可存儲電能的蓄電池而言,同等重量的鋁空氣電池所能釋放的電能更多,其能量密度高,但其可釋放的功率卻極低,單獨使用不滿足車用需求,特別是剛起動時。這就相當于一輛燃油汽車,油箱很大,但發動機很小,可以走很長的路,但走得很慢。相比之下,鋰離子蓄電池的車速會更加穩定。如采用同等功率(即車輛具備同樣車速)的鋁空氣電池,其重量大概會是鋰離子蓄電池的4至5倍。
       

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