金屬空氣電池與鎳基電池技術(shù)分析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-14 22:22
點擊量：次
金屬空氣電池。
金屬電極充當(dāng)陽極，氧氣由無窮無盡的空氣作為陰極供應(yīng)[30，45，72-76]。在金屬空氣電池中，鋰、鈣、鎂、鐵、鋁和鋅用作陽極[72-76]。在這些元素中，鋰空氣（鋰空氣）電池是最有前途的電動汽車應(yīng)用。因為它的理論能量密度非常高，11.14千瓦時/千克，不考慮空氣，它的比能量是其他類型電池的100倍以上[30,74,77-80]。然而，這種類型的電池有很高的火災(zāi)風(fēng)險，含有水蒸氣的空氣可能引起火災(zāi)[30]。
鈣空氣（ca-air）電池具有較高的能量密度，但其容量衰減很快，且相對昂貴[72]。通常，鎂空氣（mg-air）電池的比能量高達(dá)700wh-kg。鎂合金被設(shè)計用來代替潛艇中的鎂[45]。電化學(xué)可充電鐵空氣（鐵空氣）電池具有75wh/kg的低比能量和比其他金屬空氣電池更低的成本[45,72,73]。其壽命周期成本低，且活性材料或形狀不會因長周期電循環(huán)而變形[45,73]。
鋁空氣（al-air）電池具有高比能量、端電壓和安培小時容量。但是，由于排放過程中的耗水量，這些優(yōu)點減少了[45,72]。鋁空氣電池可以機械充電。在無條件充電環(huán)境下，采用水電解質(zhì)，每次放電后更換鋁電極即可實現(xiàn)充電。先進(jìn)鋁空氣電池技術(shù)的鋁合金電極是為了避免腐蝕而制造的，在大電流密度范圍內(nèi)可以獲得98%或更高的庫侖效率[46]。這種類型的電池通常用于為船只或水下航行器提供動力。鋁氧電池也可用于其他形式。Al-O_u 2協(xié)助氫燃料電池獲得幾乎兩倍的比能量[45,72-76]。
鋅空氣電池在技術(shù)上是可行的。該電池具有多種燃料電池和常規(guī)電池的特性，可以進(jìn)行電氣和機械充電。鋅空氣電池的反應(yīng)速率是通過改變氣體流量來實現(xiàn)的[30,45,72-74,81,82]。先進(jìn)的可充電鋅空氣電池使用雙功能空氣電極以提高使用壽命，并且可以設(shè)計機械可充電鋅空氣電池來代替放電陽極以避免變形[45,81,82]。在高性能應(yīng)用中，本設(shè)計考慮了鋅空氣電池的高比能量特性和la電池的高功率特性，形成了鋅空氣混合la電池的存儲系統(tǒng)[45，81，82]。
顯示了鋅空氣電池在放電和充電期間的化學(xué)成分。放電過程中，鋅電極通過釋放電子而氧化，空氣電極產(chǎn)生氫氧化物離子。在電池充電過程中，鋅電極上的鋅沉積和氧氣釋放到空氣電極中[83]。
鋅空氣電池的化學(xué)成分：（a）放電時，（b）充電時，（c）鋅空氣電池的原型[83]。
總體而言，金屬空氣電池由于其低材料成本和高性能，為可再充式儲能應(yīng)用提供了一個選擇。在金屬空氣電池中，整個電化學(xué)反應(yīng)在方程式（5）中。
其中，Me是一種金屬，如里縣、Ca、Mg、Fe、Al和Zn；n依賴于金屬氧化的價態(tài)變化。
鎳基電池。
鎳基電池采用氫氧化鎳作為負(fù)極材料。有很多種。鎳基電池按負(fù)極材料的數(shù)量可分為鎳鐵、鎳鎘、鎳鋅、鎳氫和鎳氫[3、14、30、45、62]。通常，在鎳基電池中，氫氧化鎳被用作正極，氫氧化鉀作為電解液，金屬Fe／Cd/Zn，MH或H2作為負(fù)極。
給出了鎳基電池在放電和充電過程中的化學(xué)成分。ni（oh）2和fe/cd/zn（oh）2是在放電和充電過程中形成的。m可以由不同的組件組成。鎳鐵鋅電池因其動力性能低、成本高、循環(huán)壽命短、維護要求高而不適合用于電動汽車[14]。鎳鐵和鎳鋅電池的能量效率約為75%。鎳、鎘和金屬氫化物由于其高壽命周期（2000年或更高）和能量密度，目前被用于驅(qū)動電動汽車。然而，鎘鎳具有較高的存儲性能和價格，是la電池的10倍以上[14,62-67]。盡管所有的鎳基電池具有這種類型的核的所有優(yōu)點，需要考慮再循環(huán)和材料毒性問題[64-67 ]。相比之下，nimh具有低記憶效應(yīng)、小環(huán)境影響和大工作溫度范圍[14,30,45,62]。盡管在運行過程中會產(chǎn)生熱量，并且需要復(fù)雜的算法和昂貴的充電器，但環(huán)境友好性和免維護性確保鎳氫電池比動力電池更適合電動汽車[14][3]。ni-h2容量大，壽命長，可耐受過充或過放電，無損傷。但這種電池價格昂貴，自放電與氫氣壓力成正比，體積能量密度低。它是一種專門用于太空探索的電源類型[45,62]。
鎳基電池化學(xué)。（a）放電期間，（b）充電期間，以及（c）原型鎳基電池
