Каковы перспективы развития алюминиево-воздушных аккумуляторов?

Алюминий является третьим по распространенности элементом в земной коре, что делает его относительно распространенным и доступным материалом. В долгосрочной перспективе это может привести к потенциальному снижению затрат и снижению рисков в цепочке поставок, что будет полезно при производстве аккумуляторов.

Алюминий-воздушные батареи могут иметь плотность энергии намного выше, чем у обычных литий-ионных батарей. Такая высокая плотность энергии может сделать их пригодными для применения на больших расстояниях, например, в электромобилях.

Сегодня мы обсудим больше об этих батареях, чтобы рассмотреть потенциальные проблемы, которые они имеют, и их решения. Мы также рассмотрим их преимущества, среди других важных параметров.

Каковы потенциальные проблемы с алюминиево-воздушными аккумуляторами?

Алюминиево-воздушные (Al-air) батареи, хотя и многообещающие во многих отношениях, все же имеют потенциальные проблемы и проблемы, которые необходимо решать. Вот потенциальные проблемы, связанные с этой технологией:

1. Ограниченная возможность перезарядки. Одним из основных ограничений алюминиево-воздушных батарей является то, что они в основном представляют собой первичные элементы, то есть не подлежат перезарядке. Это связано с тем, что процесс разряда приводит к образованию гидроксида алюминия на алюминиевом электроде, что затрудняет последующие реакции. Хотя исследования по созданию их перезаряжаемых продолжаются, это серьезное препятствие.

2. Потребление воды. В алюминиево-воздушных батареях используется химическая реакция, при которой потребляется вода. Со временем аккумулятор может высохнуть, что ограничивает срок его эксплуатации. Кроме того, в регионах с нехваткой воды использование таких батарей может оказаться нецелесообразным.

3. Коррозия: Алюминий подвержен коррозии, особенно в присутствии воды и воздуха. Эта коррозия может снизить эффективность и срок службы батареи.

4. Проблемы с катодом. Разработка эффективного, долговечного и экономичного воздушного катода остается сложной задачей. Катод должен эффективно облегчать реакцию восстановления кислорода, одновременно противодействуя карбонизации и другим формам разложения.

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

5. Накопление побочных продуктов. Образование гидроксида алюминия в качестве побочного продукта может блокировать поверхность электрода, что со временем ухудшает работу батареи.

6. Условия эксплуатации. На производительность аккумулятора могут влиять такие факторы окружающей среды, как влажность и температура. Эксплуатация в неидеальных условиях может снизить эффективность и срок службы аккумулятора.

7. Проблемы окружающей среды: хотя сырье для алюминиево-воздушных аккумуляторов имеется в изобилии, а побочные продукты потенциально могут быть переработаны, существуют опасения по поводу воздействия на окружающую среду производства алюминия, которое является энергоемким и может иметь значительные выбросы углерода при питании. за счет невозобновляемых источников энергии.

8. Инфраструктура для переработки. Перспектива переработки отработанного гидроксида алюминия обратно в алюминий требует инфраструктуры и процессов, которые, возможно, еще не получили широкого распространения, что создает проблемы для крупномасштабного внедрения.

9. Рыночная конкуренция: алюминиево-воздушные аккумуляторы не являются единственной альтернативой современной литий-ионной технологии. Они сталкиваются с конкуренцией со стороны других новых аккумуляторных технологий, которые могут быстрее решить эти проблемы или обеспечить более высокую общую производительность.

10. Затраты: Хотя алюминия относительно много, общие затраты на производство и производство алюминиево-воздушных батарей могут быть высокими. Это может стать препятствием для их широкого внедрения, особенно если другие конкурирующие технологии станут дешевле.

Хотя алюминиево-воздушные батареи предлагают многообещающую высокую плотность энергии и потенциальные преимущества по сравнению с современными аккумуляторными технологиями, необходимо решить эти проблемы, чтобы они могли стать конкурентоспособным и жизнеспособным вариантом на более широком рынке.

Каковы решения для алюминиево-воздушных аккумуляторов?

Как обсуждалось ранее, алюминиево-воздушные (Al-air) аккумуляторы сталкиваются с различными проблемами. Однако исследователи и промышленность предприняли согласованные усилия для решения этих проблем. Вот некоторые потенциальные решения и достижения проблем, с которыми сталкиваются аккумуляторы Al-air:

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

Повышение перезаряжаемости:

Бифункциональные воздушные электроды: Разработка воздушных электродов, которые могут способствовать реакциям как восстановления кислорода (во время разряда), так и выделения кислорода (во время зарядки).

Добавки к электролиту. Включение определенных добавок в электролит может помочь уменьшить образование гидроксида алюминия или сделать его более растворимым, тем самым способствуя перезарядке.

Потребление воды:

Системы рециркуляции воды: внедрение систем внутри батареи, которые могут улавливать и перерабатывать водяной пар, сокращая чистое потребление воды.

Модификация электролита: разработка электролитов, которые могут минимизировать расход воды во время работы аккумулятора.

Управление коррозией:

Защитные покрытия: нанесение покрытий на алюминиевый электрод для предотвращения или минимизации коррозии, не препятствуя электрохимическим реакциям.

Ингибиторы коррозии: Введение в электролит присадок, предотвращающих или существенно снижающих скорость коррозии.

Решение катодных проблем:

Усовершенствованные катализаторы: исследование и внедрение усовершенствованных катализаторов, которые могут эффективно облегчить реакцию восстановления кислорода.

Улучшение структуры катода: разработка структур катода, которые максимизируют площадь поверхности, улучшают диффузию газа и уменьшают карбонизацию.

Обращение с накоплением побочных продуктов:

Циркуляция электролита: использование систем, обеспечивающих циркуляцию электролита для непрерывного удаления отложений гидроксида алюминия с поверхности электрода.

Разработка электродов: разработка электродов, которые могут выделять или противостоять накоплению побочных продуктов.

Операционная среда:

Системы терморегулирования: включающие системы, которые регулируют температуру аккумулятора, обеспечивая оптимальную производительность и долговечность.

Контроль влажности: Разработка систем, поддерживающих оптимальный уровень влажности внутри аккумулятора.

Экологические решения:

Производство зеленого алюминия: продвижение и использование алюминия, произведенного с использованием возобновляемых источников энергии или более энергоэффективных процессов.

Инфраструктура переработки: создание объектов и процессов для переработки отработанных алюминиевых батарей и восстановления пригодных для использования материалов.

Хотя решения активно исследуются и разрабатываются, важно понимать, что технологический прогресс часто требует итеративных улучшений и многостороннего подхода для полного решения проблем. Al-air аккумуляторы имеют значительный потенциал, и при продолжении исследований и инвестиций многие из этих решений могут сделать их более жизнеспособными для коммерческого и потребительского применения в будущем.

Алюминиево-воздушные батареи имеют высокую плотность энергии

Алюминиево-воздушные (Al-air) аккумуляторы в последние годы привлекли к себе значительное внимание благодаря своей впечатляющей плотности энергии, которая значительно превосходит плотность энергии обычных литий-ионных аккумуляторов. Такая высокая плотность энергии в первую очередь объясняется электрохимической реакцией между алюминием, одним из самых распространенных металлов на Земле, и кислородом воздуха.

Когда алюминий реагирует с кислородом, он выделяет значительное количество энергии, которая используется в виде электрической энергии. В результате алюминиево-воздушные батареи потенциально могут хранить и доставлять больше энергии при заданном объеме или весе, что делает их привлекательными для применений, где ограничения по пространству и весу имеют решающее значение.

Последствия такой высокой плотности энергии огромны, особенно в таких секторах, как автомобильная промышленность. Например, для электромобилей (EV) плотность энергии аккумулятора напрямую влияет на запас хода и общую производительность автомобиля. Если алюминиево-воздушные батареи можно будет эффективно коммерциализировать и решить их проблемы, они смогут произвести революцию в электромобилях, обеспечив больший запас хода без значительного увеличения веса или размера аккумуляторной батареи.

Однако, хотя высокая плотность энергии алюминиево-воздушных батарей является заметным преимуществом, также важно сбалансировать это преимущество с текущими ограничениями технологии, такими как ее основной характер (по большей части неперезаряжаемый) и другие технические проблемы.

Продолжающиеся исследования и разработки направлены на максимизацию потенциальных преимуществ этой плотности энергии, одновременно уменьшая недостатки, приближая алюминиево-воздушные батареи к массовому внедрению. Поскольку технологические достижения продолжаются, будущее алюминиево-воздушных батарей кажется многообещающим, способным изменить ландшафт решений для хранения энергии.