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铝空气电池为什么不以替代锂电池

作者:admin    来源:未知    发布时间:2019-08-05 14:14    浏览量:
    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)或氢氧化钠(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。
    铝空气电池会替代锂电池
    目前可替代锂电池的铝电池还处于试制阶段,没有投入商业使用。所以总的来说铝空气电池是否会替代锂电池,还是个未知数,那么我们来看看铝空气电池替代锂电池会遇到哪些问题呢。从电池的续航里程来说,铝空气电池相比于锂电池来说,确实是一个突破。不过由于铝空气电池在放电过程中阳极腐蚀会产生氢,这不仅会导致阳极材料的损耗,而且还会增加电池内部的损耗;另外,铝空气电池消耗的是铝,当电池寿命结束的时候需要重新安装铝等都极大地阻碍了铝空气电池的商业化发展。并且在车载应用方面来说,铝空气电池依然是一个未知数,甚至还比不上氢燃料电池。
    铝空气电池不能代替锂电池的原因分析
    1、多用于应急电源
    “铝空气电池并不是传统意义上用于多次存储电能的电池,而是一种释放电能的化学反应装置。”陈涛说,它的工作原理就是活性金属在水中发生氧化反应释放能量的过程——通过电解液及特殊的电极材料,将释放的能量以电能的形式输出。
通俗点说,对于铝空气电池来说,其中的活性金属就是铝,类似的还有锌空气电池、镁空气电池等,只是根据金属的活性(在水或空气中发生氧化反应的剧烈程度)不同,所使用的电解液及其他辅助材料略有不同而已。
    “‘只需加注清水’只是在电池的生命周期内而言的,本质上消耗的物质是铝,而不是水。”陈涛告诉记者,在电池工作过程中,源源不断地输出电能,金属铝也在源源不断地被氧化而消耗,生成氢氧化铝,产生电能是以消耗含有化学能的铝为条件的。“100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量”,行驶完3000公里后,电池的寿命就结束了,需要重新安装,即补充金属铝。
    据介绍,铝空气电池早在20世纪60年代就已问世。但直到现在,它的研究多半还停留在理论阶段,实际应用的并不多。在国内,它的研究多集中于应急电源;而在国外,科学家或研究某种电极材料,或研究特殊应用场合的电池系统,正试图寻求铝空气电池应用技术的突破。
    2、安全风险待检验
    “使用不便是铝空气电池目前最大的瓶颈。”陈涛认为,除了较存储电能的电池使用不便外,与其他气体类的燃料电池相比也有诸多不便,比如氢燃料电池,可以将氢气方便地加注、存储、输送至化学反应装置,但对于金属固态物的铝来说,显然不方便。其次,副反应较多、反应过程不易控制,部分反应生成物一定程度上阻碍反应继续进行,释放大量热,同时产生易燃易爆气体。
    在电动汽车的研发路上,铝似乎正在扮演更重要的角色。一个有意思的现象是,美国特斯拉电动汽车的续航能力能提高到300公里至400公里,使用的电池主要是镍钴铝三元材料,而我国电动汽车则使用的是镍钴锰。其中的金属之差,正是铝。“特斯拉中采用的铝材料,主要是应用于可多次存储电能的电池。它的作用是,提升电池的能量密度,同等重量的电池可以存储更多电能,让汽车的续驶里程更长。”陈涛认为,单从这一点来看,确实是一个突破。但由此带来的安全风险有待实践的进一步检验。以锂离子电池驱动的电动汽车难以普及,最大障碍是行驶里程有限,目前的续航能力大多在135公里至480公里之间,除非沿途有大量快速充电站,否则不宜驾驶电动汽车远途旅行。少数大于200公里的车辆,价格又特别昂贵,无法普及。
    3、车载还是未知数
    铝空气电池能否替代锂离子电池呢?吉利汽车研究院曾经做过相关的仿真建模实验,从汽车动力学角度研究铝空气电池作为电动汽车车载能源的应用,关注其本身可释放的电量及功率。“从实验结果来看,铝空气电池更适合作为续航备用电池。”杜志强说,铝空气电池是一个能量源,相对于可存储电能的蓄电池而言,同等重量的铝空气电池所能释放的电能更多,其能量密度高,但其可释放的功率却极低,单独使用不满足车用需求,特别是刚起动时。这就相当于一辆燃油汽车,油箱很大,但发动机很小,可以走很长的路,但走得很慢。相比之下,锂离子蓄电池的车速会更加稳定。如采用同等功率(即车辆具备同样车速)的铝空气电池,其重量大概会是锂离子蓄电池的4至5倍。
 

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