Представляем разработку и применение четырех металлических воздушных батарей

В настоящее время к металлическим воздушным батареям, которые достигли прогресса в исследованиях, в основном относятся алюминиевые воздушные батареи, воздушно-магниевые батареи, воздушно-цинковые батареи и воздушно-литиевые батареи. Некоторые из этих типов металло-воздушных батарей уже имеют условия крупномасштабного массового производства, некоторые из которых все еще находятся на стадии лабораторных исследований, а некоторые уже достигли хороших результатов в применении в электромобилях, и вскоре будут загружены транспортными средствами на новой энергии. большой размах.

Металлический воздушный аккумулятор - это специальный топливный элемент, в котором в качестве топлива используется металл для выработки электроэнергии за счет окислительно-восстановительной реакции с кислородом в воздухе.

В воздушно-металлических батареях в качестве анода используется активный металл, который имеет множество преимуществ, таких как безопасность, защита окружающей среды и высокая плотность энергии. Он имеет хорошие перспективы развития и применения и даже возлагает большие надежды на замену основного типа аккумуляторной батареи нынешних транспортных средств на новой энергии - литий-ионных аккумуляторных батарей.

Для производства металлических воздушных батарей доступного сырья достаточно. В настоящее время к металлическим воздушным батареям, которые достигли прогресса в исследованиях, в основном относятся алюминиевые воздушные батареи, воздушно-магниевые батареи, воздушно-цинковые батареи и воздушно-литиевые батареи. Некоторые из этих типов металло-воздушных батарей уже имеют условия крупномасштабного массового производства, некоторые из которых все еще находятся на стадии лабораторных исследований, а некоторые уже достигли хороших результатов в применении в электромобилях, и вскоре будут загружены транспортными средствами на новой энергии. большой размах.

Эта статья познакомит вас с разработкой и применением нескольких металлических воздушных батарей, упомянутых выше.

Во-первых, алюминиевый воздушный аккумулятор

1.        Принцип работы

В воздушно-алюминиевой батарее используется алюминий Al высокой чистоты (содержащий 99,99% алюминия) в качестве отрицательного электрода, кислород в качестве положительного электрода и водный раствор гидроксида калия (КОН) или гидроксида натрия (NaOH) в качестве электролита. Алюминий поглощает кислород из воздуха, вызывает химическую реакцию при разряде аккумулятора и превращает алюминий и кислород в оксид алюминия.

2. характеристики

Алюминиевый воздушный аккумулятор нетоксичен, безвреден, не загрязняет окружающую среду и может быть переработан и переработан.

Для электромобилей алюминиевые воздушные батареи отличаются малым весом и высокой удельной энергией. Данные показывают, что теоретическая удельная энергия алюминиевой воздушной батареи может достигать 8100 Втч / кг, текущая фактическая удельная энергия составляет около 350 Втч / кг, что в 2,3 раза больше, чем у литиевой батареи, в 6 раз больше, чем у никель-водородной батареи и в 7 раз больше. свинцово-кислотных аккумуляторов.

Очевидно, что такая батарея может помочь уменьшить вес автомобиля и увеличить запас хода.

3. Прогресс в исследованиях, разработках и применении.

Иностранный:

Согласно соответствующей информации, в электромобилях, использующих алюминиевые воздушные батареи в Калифорнии, была зафиксирована замена алюминиевого электрода с запасом хода 1600 км.

Новая 100-килограммовая алюминиевая воздушная батарея Alcoa Canada и израильской компании Phinergy накапливает достаточно электроэнергии, чтобы проехать 3000 километров.

Одомашненный:

Yun Aluminium Co., Ltd. и Куньминский металлургический научно-исследовательский институт совместно инвестировали в создание Chuangneng Aluminium Air Battery Co., Ltd., чтобы инвестировать в исследовательские и опытно-конструкторские проекты алюминиево-воздушных аккумуляторов. В настоящее время продолжается проект исследований и разработок алюминиевых воздушных батарей Chuangneng.

China Power и PHINERGY создали совместное предприятие для продвижения алюминиевых воздушных батарей в электромобилях, таких как автобусы, туристические автобусы, грузовые автомобили и внедорожники. Планируется продвижение в континентальном Китае, Гонконге и Макао.

Во-вторых, воздушно-магниевый аккумулятор

1, принцип работы

2, характеристики

Высокая плотность энергии, высокое теоретическое напряжение, чистота и безопасность, магний богат запасами и имеет преимущество в стоимости.

Воздушно-магниевые батареи имеют плотность энергии в 10 раз больше, чем литиевые батареи того же веса.

Недостатком является то, что эффективность реакции магниевого анода низкая, а реакция воздушного катода медленная. Хотя аккумулятор может хранить много энергии, преобразование энергии в фактическую мощность очень ограничено.

3. Прогресс в исследованиях, разработках и применении.

Иностранный:

По имеющимся данным, электромобиль, оснащенный полной магниевой воздушной батареей, разработанной в Корее, может успешно проехать 800 километров, что в четыре раза превышает средний запас хода современных транспортных средств с литиевым аккумулятором.

Ряд японских институтов, включая Furukawa Battery, Nikon, Nissan Motor, Японский университет Тохоку и префектуру Мияги, Япония, а также другие правительственные исследовательские институты и правительственные ведомства, активно продвигают исследования большой емкости воздушных магниевых батарей.

Японская компания AguaPower успешно разработала и ввела в продажу воздушно-магниевые батареи и к настоящему времени зарегистрировала 16 патентов.

Одомашненный:

Лаборатория по разработке литиевых батарей в Нинбо успешно разработала прототип воздушно-магниевой батареи мощностью 1000 Вт.

Демонстрация прототипа воздушно-магниевой батареи мощностью 1000 Втч

Батарея состоит из пяти отдельных элементов, соединенных последовательно, с магниевым сплавом AZ31 в качестве анода, 10% -ным раствором NaCl в качестве электролита и электродом диффузии воздуха и катализатором на основе оксида марганца в качестве катода. Внешний вид воздушно-магниевой батареи составляет 200 × 150 × 150 мм3, вес - 2,3 кг, плотность энергии может достигать 430 Втч / кг, а максимальная выходная мощность может достигать 80 Вт.

В производимой компанией воздушно-магниевой батарее в качестве электролита используется вода, а ее собственные светодиодные фонари могут непрерывно светиться от 90 до 100 часов и могут заряжать 20 смартфонов за раз. Эта воздушно-магниевый аккумулятор используется в качестве аварийного источника питания.

В-третьих, воздушно-цинковая батарея

1. Принцип работы

Цинково-воздушная батарея, также известная как цинк-кислородная батарея, использует активированный уголь для адсорбции кислорода или чистого кислорода в воздухе в качестве активного материала положительного электрода, цинк в качестве отрицательного электрода и хлорид аммония или раствор каустической соды в качестве электролита.

Анод: Zn2OH - → ZnOH2O2e -

Катод: O22H2O4e - → 4OH -

Синтез: 2ZnO2 → 2ZnO

2. Характеристики

Он имеет более высокую удельную энергию и может достигать 340 Втч / кг. Безопасность, стабильная разрядка и низкая стоимость. Вес составляет 50% от литиевой батареи, запас хода составляет 200% от литиевой батареи, а начальная цена установки составляет около 40% от литиевой батареи.

3. Прогресс в исследованиях, разработках и применении.

Иностранный:

Доктор Чен Чжунвэй из Университета Ватерлоо, Канада, и его команда добились значительного прогресса.

Одомашненный:

«Проект цинково-воздушной аккумуляторной батареи для транспортных средств» был включен в Национальный 863 крупный специальный научно-технический проект.

Отечественная компания по производству воздушно-цинковых аккумуляторов и целый производитель транспортных средств планируют выпустить в этом году 500 12-метровых электробусов с воздушно-цинковыми батареями. Общая стоимость автомобиля - один миллион, а цена аккумулятора - около 400 тысяч.

Согласно плану, в 2017 году компания будет производить цинковые аэродинамические батареи для 3000 электромобилей.

В-четвертых, воздушно-литиевая батарея

1. Принцип работы

Литий-воздушные батареи используют литий в качестве анода и кислород воздуха в качестве катода. Во время разряда литий анода высвобождает электроны и становится катионом лития (Li +). Li + проходит через материал электролита и соединяется с кислородом и электронами, выходящими из внешнего контура, с образованием оксида лития (Li2O) или пероксида лития (Li2O2). И оставайся на катоде. Напряжение холостого хода воздушно-литиевой батареи составляет 2,91 В.

2. Характеристики

Литий-воздушные батареи имеют в 10 раз больше энергии, чем литий-ионные, они меньше и легче. Обратной стороной является то, что он все еще находится на лабораторной стадии, и для его коммерциализации требуется около 10 лет.

3. Прогресс в исследованиях, разработках и применении.

Иностранный:

Литий-воздушную батарею, разработанную Кембриджским университетом в Великобритании, можно заряжать более 2000 раз. Батарея теоретически потребляет более 90% энергии.

В 2009 году японские исследовательские институты разработали новую литий-воздушную батарею большой емкости.

Исследовательский центр IBM Almaden ReseachCenter проводит исследования по литий-воздушным батареям, и две компании, Asahi Kasei Co., Ltd. и Central Glass Co., Ltd., приняли участие в этом проекте. Исследовательская группа планирует добиться массового производства и продвижения литий-воздушных батарей к 2020 году.

Одомашненный.

Китайская академия наук успешно разработала литий-воздушный аккумулятор.

Страница содержит содержимое машинного перевода.