Что такое алюминиево-воздушная батарея?

Алюмовоздушная батарея — это тип металловоздушной батареи, которая генерирует электрическую энергию за счет реакции алюминия с кислородом воздуха. В этой электрохимической ячейке алюминий служит анодом (отрицательным электродом), а кислород воздуха — катодом (положительным электродом). Общая реакция включает окисление алюминия и восстановление кислорода, что приводит к производству электроэнергии.

Основные электрохимические реакции в алюминиево-воздушной батарее следующие:

Анодная реакция (окисление)

Алюминий (Al)→Ионы алюминия (Al3+) + 3e

На аноде алюминий подвергается окислению, высвобождая электроны и образуя ионы алюминия.

Катодная реакция (восстановление)

23 О2 +6е +6Н+→3Н2?О

На катоде кислород воздуха соединяется с электронами и протонами, образуя воду.

Общая реакция представляет собой комбинацию анодной и катодной реакций:

Алюминий?(Al)+23?O2?+3H2?O→Al3++3H2?O

Алюмовоздушный аккумулятор имеет ряд преимуществ, среди которых:

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Высокая плотность энергии

Алюминий имеет высокую плотность энергии, а реакция с кислородом может выделять значительное количество энергии.

Обилие алюминия

Алюминий — широко доступный и распространенный металл, поэтому материал анода легко доступен.

Легкий

Алюминий легкий, что способствует общему легкому весу аккумулятора.

Однако алюминиево-воздушные батареи также сталкиваются с проблемами, такими как коррозия алюминиевого анода и необходимость эффективного управления воздухом для облегчения кислородных реакций. Продолжаются исследования и разработки для решения этих проблем и повышения эффективности и практичности алюминиево-воздушных батарей для различных применений, включая портативную электронику и электромобили.

Как работают алюминиево-воздушные батареи?

Алюминиево-воздушные аккумуляторы генерируют электрическую энергию посредством электрохимической реакции между алюминием и кислородом воздуха. Эти батареи относятся к более широкой категории металло-воздушных батарей, где металл служит анодом, а кислород из воздуха — катодом. Основной принцип работы алюминиево-воздушных аккумуляторов включает в себя следующие ключевые процессы:

Окисление на аноде

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Анодная реакция

Алюминий?(Al)→Ионы алюминия?(Al3+)?+?3e?

На аноде твердый алюминий подвергается окислению, высвобождая электроны и образуя ионы алюминия.

Восстановление на катоде

Катодная реакция

23 О2 +6е +6Н+→3Н2?О

На катоде кислород воздуха соединяется с электронами и протонами, образуя воду.

Общая реакция

Алюминий?(Al)+23?O2?+3H2?O→Al3++3H2?O

Общая реакция включает в себя сочетание анодной и катодной реакций, в результате чего образуются ионы алюминия и вода.

Ионный транспорт

Ионы алюминия (Al3+Al3+), образующиеся на аноде, перемещаются через электролит к катоду.

Электронный поток

Электроны, высвобождаемые при окислении алюминия на аноде, проходят через внешнюю цепь, создавая электрический ток, который можно использовать для выполнения работы (например, в силовых электронных устройствах).

Управление водными ресурсами

Необходимо контролировать количество воды, образующейся на катоде, чтобы предотвратить затопление или обезвоживание батареи. Правильное управление водными ресурсами имеет важное значение для поддержания электрохимических реакций.

Алюмовоздушная батарея обладает такими преимуществами, как высокая плотность энергии и обилие алюминия. Однако проблемы включают коррозию алюминиевого анода и необходимость эффективного управления воздухом. Эти проблемы влияют на практическое внедрение и эффективность алюминиево-воздушных батарей, и текущие исследования и разработки направлены на решение этих проблем для различных приложений, включая электромобили и портативные электронные устройства.

Особенности алюминиевой воздушной батареи

Алюминиево-воздушные батареи обладают рядом особенностей, которые делают их интересными для определенных применений. Вот некоторые ключевые особенности алюминиево-воздушных аккумуляторов:

Высокая плотность энергии

Алюминиево-воздушные батареи могут обеспечивать высокую плотность энергии, то есть они могут хранить значительное количество энергии по сравнению с их весом. Эта особенность делает их привлекательными для применений, где вес является решающим фактором, например, в электромобилях.

Обилие алюминия

Алюминий – один из самых распространенных металлов на Земле. Доступность алюминия делает его экономически эффективным и устойчивым выбором в качестве материала анода в этих батареях.

Легкий

Алюминий легкий, что способствует общему легкому весу аккумулятора. Это особенно полезно в приложениях, где важно минимизировать вес, например, в портативной электронике или электромобилях.

Экологически чистый

Основным побочным продуктом алюминиево-воздушной батареи является гидроксид алюминия, который безвреден для окружающей среды. Реакции, происходящие в батарее, относительно чистые по сравнению с некоторыми другими технологиями хранения энергии.

Возможность перезарядки

Алюминиево-воздушные батареи могут быть перезаряжаемыми. Алюминиевый анод можно заменить или пополнить, что дает возможность подзарядить батарею свежим алюминием.

Недорогой анодный материал

Алюминий — относительно недорогой материал, что может способствовать общей экономической эффективности алюминиево-воздушных батарей.

Хотя алюминиево-воздушные батареи обладают этими привлекательными характеристиками, важно отметить, что они также сталкиваются с проблемами, которые необходимо решить для практической реализации. Проблемы включают проблемы, связанные с коррозией алюминиевого анода, необходимостью эффективного управления воздухом и разработкой эффективных и долговечных электролитов. Продолжаются исследования и разработки, направленные на повышение эффективности и надежности алюминиево-воздушных батарей для различных применений.

Применение алюминиевых воздушных батарей

Алюминиево-воздушные батареи имеют потенциальное применение в различных отраслях благодаря своей высокой плотности энергии и легкому весу. Вот некоторые потенциальные применения алюминиево-воздушных батарей:

Электромобили (EV)

Алюминиево-воздушные батареи рассматриваются для использования в электромобилях (EV) как легкая альтернатива традиционным литий-ионным батареям с высокой плотностью энергии. Их потенциал накопления высокой энергии и относительно быстрая дозаправка (замена алюминиевых анодов) делают их привлекательными для определенных транспортных применений.

Портативная электроника

Алюминиево-воздушные батареи можно использовать в портативных электронных устройствах, таких как смартфоны, ноутбуки и планшеты. Их легкий вес может быть полезен для таких приложений, где уменьшение веса аккумулятора может способствовать общей портативности устройства.

Системы резервного питания

Алюминиево-воздушные батареи могут найти применение в системах резервного электроснабжения, обеспечивая аварийное питание во время отключений электроэнергии. Их способность хранить большое количество энергии в относительно небольшом пространстве делает их подходящими для этой цели.

Дистанционное и автономное питание

В отдаленных или автономных местах, где традиционные источники энергии могут быть ограничены, для хранения и обеспечения электрической энергии можно использовать алюминиево-воздушные батареи. Это применение особенно актуально для территорий без надежного доступа к электросети.

Военное применение

Алюминиево-воздушные батареи изучались для определенных военных применений, таких как питание беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) или другого портативного военного оборудования. Легкий вес и высокая плотность энергии выгодны в сценариях, где вес является критическим фактором.