Почему алюминиевые воздушные батареи не могут заменить литиевые?

Химическая реакция алюминиевой воздушной батареи аналогична химической реакции воздушно-цинковой батареи. Воздушно-алюминиевый аккумулятор изготовлен из алюминия высокой чистоты (с содержанием алюминия 99,99%) в качестве отрицательного электрода, кислорода в качестве положительного электрода и водного раствора 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.

Алюминиевый воздушный аккумулятор заменит литиевый?

Доступный в настоящее время в качестве альтернативы литиевому элементу, алюминий все еще находится на стадии испытаний и не имеет коммерческого использования. Так что в целом, заменит ли алюминиевый воздушный аккумулятор литиевый, пока неизвестно, тогда давайте посмотрим, с какими проблемами столкнутся при замене алюминиевого аккумулятора на литиевый.

С точки зрения дальности плавания алюминиевые воздушные батареи действительно являются прорывом по сравнению с литиевыми батареями. Однако, поскольку воздушно-алюминиевый аккумулятор выделяет водород во время процесса разряда, это не только вызывает потерю материала анода, но также увеличивает внутренние потери аккумулятора. Кроме того, алюминиевый воздушный аккумулятор потребляет алюминий, который необходим, когда срок службы аккумулятора истек. Повторная установка алюминия и тому подобного сильно помешала коммерческому развитию алюминиевых воздушных батарей. А с точки зрения автомобильного применения воздушные алюминиевые батареи все еще неизвестны, даже не сопоставимые с водородными топливными элементами.

Анализ причин, по которым алюминиевая воздушная батарея не может заменить литиевую батарею

1, в основном используется для аварийного питания

« Алюминиевая воздушная батарея - это не батарея, которая много раз использовалась для хранения электроэнергии в традиционном смысле, а устройство химической реакции, высвобождающее электрическую энергию». Чэнь Тао сказал, что его принцип работы - процесс окисления активного металла в воде с высвобождением энергии. - Высвобождаемая энергия выводится в виде электрической энергии через электролит и специальный электродный материал.

Вообще говоря, для алюминиевых воздушных батарей активным металлом является алюминий, аналогично воздушно-цинковым батареям, воздушно-магниевым батареям и т. Д., Но только в зависимости от активности металла (тяжести реакции окисления в воде или воздухе). используемые и другие вспомогательные материалы немного отличаются.

«Просто добавь воды» есть только в жизненном цикле аккумулятора. По сути, потребляемое вещество - это алюминий, а не вода ». Чен Тао сказал репортерам, что в процессе работы аккумуляторной батареи энергия вырабатывается непрерывно, металлический алюминий. Он также постоянно окисляется и расходуется для производства гидроксида алюминия, который производится при условии он потребляет алюминий, содержащий химическую энергию. «100 килограммов алюминиевой воздушной батареи накапливают достаточно электричества, чтобы проехать 3000 километров». Через 3000 км пробега заканчивается аккумулятор и его нужно переустанавливать, то есть металлический алюминий.

По имеющимся данным, алюминиевые воздушные батареи используются с 1960-х годов. Но до сих пор большая часть его исследований оставалась на теоретической стадии, а практических приложений не так много. Дома его исследования сосредоточены на аварийных источниках питания; в то время как за границей ученые, исследуя определенные электродные материалы или исследуя аккумуляторные системы для специальных применений, пытаются найти прорыв в области применения алюминиевых воздушных аккумуляторов.

2. Риски безопасности должны быть проверены.

« Неудобство в использовании - самое большое узкое место алюминиевых воздушных батарей в настоящее время». Чэнь Тао считает, что помимо неудобства использования аккумуляторов, которые накапливают больше электроэнергии, есть еще много неудобств по сравнению с другими топливными элементами на основе топлива. Например, водородные топливные элементы могут легко добавлять водород. Отмечено, хранится и транспортируется к устройствам химической реакции, но, очевидно, для алюминия в твердом металле это неудобно. Во-вторых, существует множество побочных реакций, и процесс реакции нелегко контролировать. Некоторые продукты реакции в определенной степени препятствуют протеканию реакции, выделяя большое количество тепла и одновременно выделяя горючие и взрывоопасные газы.

На пути к исследованиям и разработкам электромобилей алюминий, кажется, играет более важную роль. Интересным явлением является то, что время автономной работы американского электромобиля Tesla можно увеличить с 300 до 400 км. Используемая батарея в основном состоит из тройного никель-кобальто-алюминиевого материала, в то время как в электромобиле в Китае используется никель-кобальт-марганец. Разница между металлами - алюминий.

« Алюминиевый материал, используемый в Tesla, в основном применяется для аккумуляторов, которые могут многократно накапливать электрическую энергию. Его функция заключается в увеличении плотности энергии батареи, а батарея того же веса может хранить больше электроэнергии, так что дальность движения автомобиля больше. Лонг ». Чэнь Тао считает, что с этой точки зрения это действительно прорыв. Однако возникающие риски безопасности подлежат дальнейшему тестированию.

Электромобили, работающие от литий-ионных аккумуляторов, сложно популяризировать. Самое большое препятствие - ограниченный пробег. Текущая продолжительность полета в основном составляет от 135 км до 480 км. Если по пути нет большого количества станций быстрой зарядки, ездить на электромобилях на дальние расстояния нецелесообразно. Некоторые автомобили длиной более 200 километров особенно дороги и не могут быть популяризированы.

3, машина пока неизвестна

Может ли алюминиевый воздушный аккумулятор заменить литий-ионный аккумулятор? Автомобильный научно-исследовательский институт Geely провел соответствующие эксперименты по имитационному моделированию. С точки зрения динамики транспортного средства, он изучает применение алюминиевой воздушной батареи в качестве автомобильного источника энергии для электромобилей, уделяя особое внимание количеству мощности и мощности, которые могут быть высвобождены сами по себе.

« Судя по результатам экспериментов, алюминиевый воздушный аккумулятор больше подходит в качестве резервного аккумулятора». Ду Чжицян сказал, что алюминиевая воздушная батарея является источником энергии, и энергия алюминиевой воздушной батареи того же веса может выделяться по сравнению с аккумуляторной батареей. Более того, его удельная энергия высока, но его высвобождаемая мощность чрезвычайно мала, и его использование само по себе не отвечает потребностям автомобиля, особенно когда он только запускается. Это эквивалент бензиновой машины, топливный бак большой, но двигатель очень маленький, может пройти долгий путь, но он очень медленный. Напротив, скорость литий-ионных аккумуляторов будет более стабильной. Если алюминиевый воздушный аккумулятор такой же мощности (то есть автомобиль имеет такую же скорость), вес будет в 4–5 раз больше, чем у литий-ионного аккумулятора.

Другими словами, стандартная энергия электромобиля должна быть такой, чтобы фактическая длина алюминиевой воздушной батареи использовалась для увеличения дальности движения, а алюминиевая воздушная батарея короткая с батареей силового типа. Автомобиль обладает хорошими динамическими характеристиками.

« Для автомобильной промышленности алюминиевые воздушные батареи пока неизвестны». Ду Чжицян считает, что алюминиевые воздушные батареи в настоящее время используются в устройствах мобильной связи и портативных компьютерах, но они являются экспериментальными и не очень распространенными. В будущем в области электромобилей еще предстоит срочно решить множество технических проблем. Сможет ли он успешно превратиться в энергетический электромобиль, зависит от окончательного выбора рынка. В других областях, судя по техническим характеристикам самой алюминиевой воздушной батареи, она кажется более подходящей в качестве источника аварийного питания и мобильной электростанции.

Судя по текущему выбору аккумуляторных батарей для электромобилей Geely, они в основном соответствуют отраслевым. Производственная модель в основном основана на фосфате лития-железа. В разрабатываемых моделях в основном используются тройные материалы. Ду Чжицян сказал: «Я лично считаю, что будущее направление развития основано на существующей батарее, увеличении количества топливных элементов, формировании гибридного источника топлива« топливный элемент + батарея », при выборе топливных элементов водородный топливный элемент лучше, чем Алюминиевая воздушная батарея Ждите металлических топливных элементов ".