鋁空氣電池
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-03
鋁空氣電池的實例教程
蓋世汽車訊 據外媒報道，以色列清潔能源初創公司Phinergy和印度能源巨頭印度石油公司(IOC)共同擁有的IOP公司，致力于將鋁空氣電池投入商用。他們將與印度兩家領先汽車制造商Ashok Leland和Maruti Suzuki合作，以測試Phinergy開發的鋁空氣電池，評估其商業用途。
（圖片來源：timesofindia）
目前，已開發出由25個鋁空氣電芯構成的電池原型，將在Maruti Suzuki的電動汽車，及Ashok Leland的電動卡車中進行測試。鋁空氣電池的技術原理很簡單，從空氣中吸入氧，與電芯中的水和鋁反應生成電能。其優勢在于，一旦鋁被完全腐蝕，可以為電池更換新的負極（鋁板）和電解質。對于消費者而言，只需將用過的電池換成新電池。
研究人員表示，鋁空氣電池的能量密度能達到8kWh/kg，而鋰電池為1-1.5kWh/kg。因此，使用領先鋰離子電池的電動汽車,單次充電續航里程僅達到100-150公里；而使用鋁，即使只有一半的能量密度，仍可實現四倍的續航里程。
鋁空氣技術更加環保。首先，這是因為鋁空氣電池不必充電，不需要使用電力；其次，廢舊電池中產生的氫氧化鋁溶液，可以送入回收裝置，實現100%鋁回收。
鋁空氣技術具有更高的安全性。因為只使用無毒水基電解質，溫度操作范圍廣泛。相比之下，鋰離子技術使用高度易燃和有毒的有機電解質。
相對于鋰來說，鋁的供應量更加豐富。此外，鋁是一種輕質金屬，比起更重的鋰離子電池，不會因電池重量而產生能量損耗。
目前唯一的問題在于，鋁空氣技術的功率密度較低。
展開 使用這些納米多孔碳催化劑作為空氣電極，組裝了全固態柔性鋁-空氣電池，測量的最大功率密度達到130.5毫瓦每平方厘米，而使用商用鉑/碳標準時為106.2毫瓦每平方厘米。該研究為制備具有雙連續納米孔道的三維氮摻雜碳提供了一種有效的方法，可廣泛應用于便攜式和柔性器件。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103632
綜上所述，本文采用聚苯胺輔助的方法制備了具有雙連續開放孔隙率的三維納米孔摻氮碳。聚苯胺層可以有效地抑制了Mn2O3模板在800~1000°C熱解過程中因擴散而導致的顆粒粗化和孔膨脹效應，制得的三維納米孔炭的孔徑為35 nm。由于N摻雜量高、比表面積大、孔隙率高，因此3D納米多孔碳基全固態鋁空氣電池表現出優異的放電性能，達到是130.5 mW cm?2的大功率密度。這項工作為合成三維雙連續納米多孔摻氮碳材料提供了一條新的途徑，可用于各種電化學器件中潛在的催化劑。（文：SSC）
圖1|制備和形態表征。
圖2|結構和化學特性
圖3| ORR性能
圖4| 全固態鋁空氣電池性能
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展開 印度小哥展示的金屬（鋁）空氣電池也是相關電化學原理的應用，而這種金屬空氣電池其實早已經產業化應用。美國加利福尼亞州在使用鋁空氣電池的電動汽車上，有過只更換一次鋁電極續駛里程達1600km的記錄。而美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy展示過100公斤重的鋁空氣電池，可以一次性儲存行駛3000公里的足夠電量。
其實鋁空氣電池也早已在國內形成產業化應用，2015年時中國動力與PHINERGY成立合資公司就計劃在大巴、旅游車、物流汽車及運動型多用途汽車等電動車型推廣鋁空氣電池。此外鎂空氣、鋅空氣電池等在國內也早有產業化利用案例，在此就不一一列舉了。
金屬空氣電池做車載動力局限性太大
既然金屬空氣電池優點這么多，為何遲遲不能替換鋰電池呢？
Phinergy公司2014年在加拿大展示的鋁空氣電池
帶著這樣的問題，《電動汽車觀察家》電話咨詢了清華大學核研究院鋰離子電池實驗室主任 何向明。
何向明認為，經濟性是制約金屬空氣電池發展的首要問題。
“印度這家公司金屬空氣電池數據應該是真實的。但早在20年前，德國政府就曾采用以色列鋁空氣電池技術做郵政車動力，但由于經濟性問題，最終不了了之。相較于20年前的技術，我認為他們金屬空氣電池應該在性能上有所改進，但我仍對其經濟性表示懷疑?！焙蜗蛎鞅硎?。
中科院研究員黃學杰也告訴《電動汽車觀察家》，鋁空氣、鋅空氣電池都是比較傳統的技術，主要應用于應急、搶險電源，不適合大規模應用于民用車載動力。基礎設施不配套、金屬資源問題也難以解決。無論是更換電解液，還是金屬板，其所產生的電解液、氧化鋁后期處理是比較大的難題。
武漢大學教授艾新平教授也表示，鋁空、鋅空電池并不是新的技術，主要問題是體積能量密度非常低，并且存在漏液的問題。此外，機械式充電（換極板）產業應用中也很難實現。早前國內有人嘗試進行裝車，但后來還是放棄了。
展開 為了上述要求，電池設計人員必須克服一系列限制，同時還要確保電池安全、電化學/機械穩定，此外還可由豐富且易于回收利用的材料制成。
Lee表示：“大多數鋅空氣電池都遵循5-10％放電深度（DOD）的淺循環，其電池能量無法和鋰離子電池相比。盡管之前很少有報告保留35 mWh cmgeo-2所需的面積能量，但它們的循環壽命被限制在100次以下，而DOD被限制在5-10%。要想獲得120 Wh kg cell-1的特定能量，DOD需要至少為20%，然而之前的電池并沒有遵循商用電池所需的最低標準?！?Lee表示：“通過優化電芯參數，我們的袋式電池在電流密度為25 mA cm-2的情況下，以70％DOD的350次循環顯示出最高的電池級能量密度523±15 Wh kgcell-1（體積能量密度為1609±35 Wh l-1）。此外，我們還表明，通過采用雙極堆疊技術（增加堆疊數量），在約20 Ah的袋式電池容量下，體積能量密度可以進一步提高至1800 Wh L-1。每次充電可支持續航里程800-900英里，且在15分鐘內充至100％，里程耐久性達到約100萬英里?！?經進一步測試后，新型鋅空氣袋式電池可實現大規模生產。Lee和他的同事們表示該電池還可被用于為無人機、電動汽車或電動短途飛機提供動力。
Lee補充說：“我們現在正在簡化CPS（空氣陰極）和CBC（固體電解質）的合成配方，從而擴大生產規模。我們的ZAB工作溫度為-20至80℃，但我們正試圖擴大其工作溫度范圍。此外，我們將考慮使用鋁替代鋅來評估鋁空氣電池的潛力?！?/span>
展開 鋰、鈉等金屬離子電池能量密度較低，鋅、鋁等金屬空氣電池通常需要使用堿性電解質，生物毒性較大。
鎂空氣電池具有較高的理論能量密度，使用中性電解質，且鎂生物安全性較高，是一種較為理想的體內能源設備。然而，目前報道的鎂空氣電池實際能量密度低，一方面是由于鎂負極和水系電解質容易發生腐蝕反應。另一方面放電產物氫氧化鎂會附著在鎂金屬表面，阻止電解質和鎂的接觸，使放電反應停止，降低鎂負極的利用率。
南京大學張曄課題組等設計了一種雙層凝膠電解質，實現了對鎂金屬負極的保護以及對放電產物的調控，獲得了具有高能量密度的鎂空氣電池（2282 W h·kg-1，基于全部空氣電極和鎂負極的質量），遠高于目前文獻中采用合金化負極和抗腐蝕電解液等策略的鎂空氣電池。該研究成果以“High-energy-density magnesium-air battery based on dual-layer gel electrolyte”為題發表于國際知名學術期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202104536
雙層凝膠電解質是由聚氧化乙烯有機凝膠和聚丙烯酰胺水凝膠組成，兩層凝膠可以形成穩定界面，其中聚氧化乙烯有機凝膠有效保護鎂金屬，抑制腐蝕。聚丙烯酰胺水凝膠電解質不僅為空氣電極發生的氧還原反應提供了必要的水，而且研究發現當使用含氯金屬鹽(氯化鋰、氯化鈉)的水凝膠時，鎂空氣電池的放電產物為具有獨特針狀結構的Mg2Cl(OH)3，而不是文獻中通常報道的致密的氫氧化鎂。
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鋁空氣電池的最新內容
導讀
從汽車安全性角度，必須要考慮鋁合金等輕量化材料車身在碰撞中的抗沖擊性以及承受沖擊載荷的能力。由此，研究鋁合金在應變速率為1s-1～103s-1范圍的動態力學性能，成為新能源汽車安全可靠性仿真與評估的重要參量。
3003鋁合金作為低強度汽車動力電池封裝材料，其動態力學特性成為汽車受撞擊苛刻條件下殼體損傷程度評估，乃至動力電池防泄漏安全設計及管理的關鍵指標，但相關研究鮮有公開報道
來源 | Journal of Energy Storage
原文 | https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108322
01
背景介紹
由于不可再生資源的限制以及對環境污染和化石燃料減少的擔憂，近年來開發替代能源的努力不斷加強。
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
如今，世界正在走向工業化，最近的工業革命導致更多的汽車生產以滿足人類交通的需要。受益于內燃機的車輛消耗大量化石燃料有其優點和缺點，但可以觀察到弊大于利。傳統車輛的出現導致全球變暖、聲音和空氣污染、特大城市的酸雨以及化石燃料資源的枯竭。然而，盡管提到了這些事實
1 模具結構初始設計方案及分析
1.1 模具結構初始設計方案
圖1所示為某電動自行車電池外殼用的矩形框鋁型材橫截面。該型材屬于矩形空心件，矩形長寬比接近2，矩形框上有8個圓形凸臺。在保證模具零件強度的前提下，為了使金屬流動更均勻，根據型材擠壓形狀的實際需要，模具初始設計采用蝶形、4分流孔結構，分流孔前端設置15 mm的入料口位置下沉
儲能系統的產生
在熱力/化工系統循環中，物質的能量在整個過程中不斷變化，且系統與外界環境發生物質或能量交換。以燃氣輪機發電系統為例，其工作過程是以氣體為工質的布雷頓循環：空氣在壓縮機中被壓縮升壓（能量次高位）；高壓空氣進入燃燒室中與燃料燃燒產生高溫高壓的燃氣（能量高位）；燃氣進入膨脹機中做功，帶動發電機發電；做功后的低溫低壓氣體排入大氣（能量低位）。
圖1 燃氣輪機
<p>本案例基于COMSOL軟件，建立了可滲透陽極空氣梓呼吸微流體燃料電池，電池由五層結構組成，從上至下分別是：CDL-多孔擴散層、CCL-催化層、MC-電解液燃料混合液主流道、ACL-可滲透陽極和AC-陽極燃料通道，幾何模型如圖1所示。該模型燃料為醋酸鈉（HCOONa）,氧化劑為空氣，電解液為KOH，燃料和電解液濃度均為 5 mL/h。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https
鋁空氣電池也具有良好的理論電池性能，但高的過電位（牢固吸附在陽極表面的鈍化膜）以及較高自放電速率阻礙了鋁空氣電池的進一步應用。
蓋世汽車訊 風能和太陽能發電的障礙之一在于其不穩定性。作為有前景的替代方案之一，使用儲氫系統，有助于在不良環境條件下，適應功率輸出波動。該類系統通過水分解制氫，以產生清潔電力。然而，這些系統的效率較低，通常需要擴大規模，從而導致熱管理較為復雜，并降低能量和功率密度。
（圖片來源：techxplore）
蓋世汽車訊 據外媒報道，印度Saturnose公司將發布其增強型鋁離子(Ea2I)電池化學的獨立測試結果，并計劃明年推出一款固態可充電鋁電池。據稱，這將是全球首款商用鋁離子固態電池，旨在進一步取代鋰離子電池中的有害化學成分。
（圖片來源：Saturnose）
這種新化學組成的體積能量密度超過
蓋世汽車訊 據外媒報道，德國考泰斯-德事隆公司（Kautex Textron GmbH & Co. KG）計劃擴大其在中國平湖工廠的產能。最近，該公司收購了一條包括5500噸壓力機（press）在內的直接長纖維熱塑性成型生產線，用于生產其最新的汽車創新產品——Pentatonic創新電池系統。
