铝空气电池的原理及应用 _电池

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电动汽车要成为真正的主流产品，电池续航能力是一道坎，下面我们一起来看看铝空气电池的原理及应用。

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铝空气电池的原理及应用
铝空气电池的工作原理
【铝空气电池的原理及应用】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。
铝空气电池是金属空气电池的一种。其工作原理是活性金属铝在水中氧化反应释放能量的过程——释放的能量通过电解质和特殊电极材料以电能的形式输出。
简单来说，金属铝从空气中吸收氧气，用户给汽车添加的水产生化学作用，将铝变成氧化铝，从而释放能量，不断为汽车提供动力。在电池的生命周期内，用户每个月只需注入淡水即可。
但铝空气电池和锂离子电池孰优孰劣，争论的焦点主要是续航能力。

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目前特斯拉采用的锂电池技术比较成熟，但唯一的问题在于能量密度低，续航能力有限。目前锂离子电池的续航大多在135 km(日产聆风)到480 km(特斯拉S型)之间。铝空气电池在1600公里的续航能力远远超过任何现有的动力电池汽车——包括特斯拉MobelS，它以全电能行驶500公里，甚至插电式混合动力汽车&:增程电动车(电池寿命约500公里)，甚至氢燃料电池汽车(电池寿命超过500-600公里)都远远落后。
此外，美国铝业加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤铝空气电池储存的电量足够行驶3000公里。相比之下，特斯拉ModelS的电池重量超过500公斤，但里程却不到500公里。另外，有专家认为，锂离子电池的能量密度可以翻倍，电池成本可以降低50%，重量可以减轻一半，但这基本上可以说是极限了。
从这些方面来说，铝空气电池是一个突破，明显优于锂离子电池。但是铝-空气电池的阳极腐蚀会在放电过程中产生氢气，不仅会导致阳极材料的过度消耗，还会增加电池内部的电损耗。这严重阻碍了铝空气电池的商业化。
对此，Phinergy表示，公司采用的新技术可以有效避免电极碳化，电解液可以溶解表面氧化层，保持反应进行。
本质上，铝空气电池消耗的是铝，而不是水。因此，在电池运行过程中，电能不断输出，金属铝也不断被氧化和消耗，生成氢氧化铝。电能的产生是基于含铝化学能的消耗。这意味着铝空气电池的寿命会在储存的电量用完时结束，需要重新安装，也就是补充金属铝。同时，与其他气体燃料电池相比，铝这种金属固体存在诸多不便。例如，氢燃料电池可以方便地将氢填充、储存和运输到化学反应装置，但铝-空气电池显然不能。