金屬-空氣電池

金屬-空氣電池是以電極電位較負的金屬如鎂、鋁、鋅、汞、鐵等作負極,以空氣中的氧或純氧作正極的活性物質。金屬-空氣電池電解質溶液一般採用鹼性電解質水溶液,如果採用電極電位更負的鋰、鈉、鈣等作負極,因為它們可以和水反應,所以只能採用非水的有機電解質如耐酚固體電解質或無機電解質如LiBF4鹽溶液等

簡介

金屬-空氣電池是以電極電位較負的金屬如鎂、鋁、鋅、汞、鐵等作負極,以空氣中的氧或純氧作正極的活性物質。鋅-空氣電池在金屬-空氣電池系列中是研究最多且已廣泛套用的一種電池,近20年來圍繞二次鋅-空氣電池科學家做了大量的研究。日本三洋公司已制出大容量的二次鋅-空氣電池,採用空氣和電液受力循環的辦法,研製出電壓為125V容量為560A·h的牽引車用的鋅-空氣電池。據報導已在車輛上套用,其放電電流密度可達80mA/cm ,最高可達130mA/cm 。法國及日本的一些公司採用循環鋅漿的辦法製成鋅-空氣二次電流,活性物質的恢復在電池外部進行,其實際比能量達115W·h/kg。

特點

金屬-空氣電池的主要特點 :

(1)比能量高。由於空氣電極所用活性物質是空氣中的氧,它是用之不竭的,理論上正極的容量是無限的,加之活性物質在電池之外,使空氣電池的理論比能量比一般金屬氧化物電極大得多,金屬空氣電池的理論比能量一般都在1000W·h/kg以上,實際比能量在100W·h/kg以上,屬於高能化學電源。下圖為部分金屬-空氣電池的性能。

(2)價格便宜。鋅-空氣電池不採用昂貴的貴金屬作電極,構成電池材料均為常見的材料,所以價格便宜。

(3)性能穩定。特別是鋅-空氣電池採用粉狀多孔鋅電極和鹼性電液後,可以在很高的電流密度下工作,如果採用純氧代替空氣,放電性能還可以大幅度提高。根據理論計算,可使電流密度提高約20倍。

缺點

金屬-空氣電池存在以下缺點。第一,電池不能密封,易造成電液乾涸及上漲,影響到電池的容量和壽命,如果採用鹼性電液還容易發生碳酸鹽化,增加電池的內阻,影響放電。第二,濕貯存性能差,因為電池中的空氣擴散到負極會加快負極的自放電。第三,採用多孔鋅作負極,需要汞齊化,汞不僅危害工人健康而且污染環境,需要非汞緩蝕劑取代。

具體形式

鋅-空氣電池

近年來,隨著氣體擴散電極理論的進一步完善,以及催化劑的製備和氣體電極製造工藝的發展,使電極性能進一步提高,電流密度可達到200~300mA/cm ,甚至有些達到500mA/cm ;同時,對鋅空氣電池氣體管理的研究(如水、二氧化碳等),提高了鋅空氣電池的環境適應能力,為大功率鋅空氣電池的產品化開發提供了技術保障,同時也使各種鋅空氣電池體系逐漸走向商品化。根據放電率的不同,鋅-空氣電池可以套用於不同的場合。中、小電流密度下工作可用於鐵路信號、無線電通訊、航標燈、農用黑光燈等的電源。大電流密度工作可用作車輛動力源。採用化學電源作車輛動力源具有無噪聲、無廢氣排放等優點,因此,開發鋅-空氣電池用於汽車有較好的前景。它還可以代替成本很高的鋅-銀電池用於國防,如用於魚雷、飛彈等,對於小電流長壽命工作的扣式鋅-空氣電池,可用於手錶、助聽器以及計算器等物品。

鎂-空氣電池

任何電極電位較負的金屬與空氣電極相配對都可以構成相應的金屬-空氣電池。鎂的電極電位較負、電化學當量較小,用它與空氣電極配對可以組成鎂-空氣電池。鎂的電化學當量為0.454g/(A·h),在鹼性溶液中的Ф=-2.69V。鎂-空氣電池的理論比能量為3910W·h/kg,是鋅-空氣電池的3倍。鎂-空氣電池的負極是鎂,正極為空氣中的氧,電解質是KOH溶液,也可以用中性的電解質溶液。

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