各种空气电池原理 _空气

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空气电池是化学电池的一种，其构造原理与干电池相似，下面我们一起来看看各种空气电池原理。

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【各种空气电池原理】各种空气电池原理。
铝空气电池的工作原理
铝-空气电池的化学反应与锌-空气电池相似。铝-空气电池以高纯铝Al(含铝99.99%)为负极，氧气为正极，氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解液。铝吸收空气中的氧气，电池放电时产生化学反应，铝和氧气转化为氧化铝。铝空气电池的发展非常迅速，在电动汽车上的应用取得了良好的效果。是很有前途的空气电池。
铝空气电池的结构特点
在单电池中，铝(Al)用作负电极，氧用作正电极。铝-空气电池两侧有一对辅助空气电极。作为铝-空气电池的正极，在操作过程中仅消耗铝和少量水。
铝空气电池的优点
大于能量
铝空气电池理论比能可达8100Wh/kg，2014年铝空气电池实际比能仅达350Wh/kg，是铅酸电池的7-8倍，镍氢电池的5.8倍，锂电池的2.3倍。使用铝空气电池后，车辆的行驶里程可以明显提高。根据国外相关数据，美国加州使用铝空气电池的电动车行驶里程为1600km 。

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轻质
我国开发研制的牵引动力铅酸蓄电池总能量和质量分别为13.5千瓦小时和375公斤。而同等能量的铝空气电池总质量只有45kg，是铅酸电池质量的12% 。由于电池质量大大降低，车辆的维修质量也降低，这可以增加车辆的装载能量或延长行驶里程。
铝无毒也不危险
铝不会对人体造成伤害，可以回收利用，不会污染环境。铝原料丰富，有大型炼铝厂，生产成本低。铝回收再生方便，回收再生成本也低。而且可以采用更换铝电极的方法来解决铝空气电池充电慢的问题。
铝空气电池虽然含有较高的比能量，但比功率低、充放电速度慢、电压滞后、自放电率高，因此需要采用热管理系统来防止铝空气电池在运行过程中过热。
元素周期表中的第三种金属锂，在碱金属中似乎只是一种普通的金属，但它的用途并不那么普通。首先，它是最轻的金属。锂投入水中，会像软木塞一样浮在水面上，密度只有水的一半；其次，锂已经出现在几个前沿领域。锂是氢弹的原料。中国第一批氢弹使用氢化锂和氘化锂作为炸药。一公斤氘化锂的爆炸能力相当于5万吨烈性TNT；高氯酸锂和硝酸锂是火箭燃料的有效氧化剂。氢氧化锂有一种特殊的味道，是制造汽水的原料。对人类来说，最重要和最有价值的应用是锂是负电位最大的金属，这使得它成为电池负极的最佳选择，促进了锂离子电池的发现。到目前为止，锂离子电池的发展极大地改变了人类对传统化学电源的印象。重量轻、体积小、电池寿命长的优点使得手机、相机、笔记本电脑等便携式电子设备发展迅速。可以说，锂离子电池的发现彻底改变了传统的交流、休闲、娱乐甚至商务会议的观念，使其不再局限于时间和地点，而是更加省时、省力、随意。

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而目前商用的锂离子电池主要是基于LiCoO2等锂离子插层化合物的摇椅机制，负极材料已经成为锂离子电池能量密度的极限。为了减少二氧化碳的排放，解决全球变暖，不可能只改革便携式电子设备的电源，因为二氧化碳排放的主要原因是道路车辆使用的化石燃料的燃烧，所以发展电动汽车是最直接的解决方案。但要实现纯电动汽车，电化学电源需要完全替代汽油，即汽油的能量密度达到13000Wh/Kg，而锂离子电池由于正极材料和摇椅机构的限制，极限能量密度只能达到400Wh/Kg 。因此，锂离子电池难以肩负重任，寻找新的电化学供电方式势在必行。
图3锂空气电池示意图
锂空气电池的研究应运而生。其原理如图1所示。金属锂用作负极，由碳基材料组成的多孔电极用作正极。在放电过程中，金属锂在负极失去电池，变成锂离子。电子通过外部电路到达多孔正极。令人惊讶的是，电子并没有减少多孔电极上的碳，而是像人类呼吸一样减少了空气中的氧气。这个反应继续，电池可以给负载提供能量。充电过程正好相反。在充电电压的作用下，放电过程中产生的放电产物首先在多孔阳极氧化，氧气再次释放，而锂离子在阴极还原为金属锂。当该过程完成时，电池可以再次向负载提供能量。由此可见，锂空气电池的呼吸是不寻常的，不像植物的光合作用，消耗空气中的二氧化碳产生氧气，也不像人类的呼吸，吸入氧气产生二氧化碳，它吸入氧气，但氧气在充电过程中又被释放出来，整个过程不产生有害物质，是一个零污染的绿色过程。