Einführung in die Entwicklung und Anwendung von vier Metallluftbatterien

Gegenwärtig umfassen Metallluftbatterien, die Forschungsfortschritte gemacht haben, hauptsächlich Aluminiumluftbatterien, Magnesiumluftbatterien, Zinkluftbatterien und Lithiumluftbatterien. Einige dieser Arten von Metall-Luft-Batterien haben bereits Massenproduktionsbedingungen in großem Maßstab, von denen sich einige noch im Laborstadium befinden, und einige haben bereits gute Anwendungsergebnisse bei Elektrofahrzeugen erzielt und werden bald mit neuen Energiefahrzeugen beladen ein großer Maßstab.

Eine Metallluftbatterie ist eine spezielle Brennstoffzelle, die Metall als Brennstoff verwendet, um durch Redoxreaktion mit Luftsauerstoff elektrische Energie zu erzeugen.

Metallluftbatterien verwenden aktives Metall als Anode, was viele Vorteile wie Sicherheit, Umweltschutz und hohe Energiedichte bietet. Es hat gute Entwicklungs- und Anwendungsaussichten und hofft sogar, den Hauptbatterietyp der aktuellen neuen Energiefahrzeuge - Lithium-Ionen-Batterien - ersetzen zu können.

Für die Herstellung von Metallluftbatterien stehen reichlich Rohstoffe zur Verfügung. Gegenwärtig umfassen Metallluftbatterien, die Forschungsfortschritte gemacht haben, hauptsächlich Aluminiumluftbatterien, Magnesiumluftbatterien, Zinkluftbatterien und Lithiumluftbatterien. Einige dieser Arten von Metall-Luft-Batterien haben bereits Massenproduktionsbedingungen in großem Maßstab, von denen sich einige noch im Laborstadium befinden, und einige haben bereits gute Anwendungsergebnisse bei Elektrofahrzeugen erzielt und werden bald mit neuen Energiefahrzeugen beladen ein großer Maßstab.

In diesem Artikel wird die Entwicklung und Anwendung mehrerer oben genannter Metallluftbatterien vorgestellt.

Erstens Aluminium-Luftbatterie

1.        Arbeitsprinzip

Die Aluminium-Luftbatterie enthält hochreines Aluminium-Al (mit 99,99% Aluminium) als negative Elektrode, Sauerstoff als positive Elektrode und eine wässrige Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH) als Elektrolyt. Aluminium nimmt Sauerstoff in der Luft auf, löst beim Entladen der Batterie eine chemische Reaktion aus und wandelt Aluminium und Sauerstoff in Aluminiumoxid um.

2. Eigenschaften

Die Aluminium-Luftbatterie ist ungiftig, harmlos, umweltfreundlich und kann recycelt und recycelt werden.

Bei Elektrofahrzeugen zeichnen sich Aluminium-Luftbatterien durch geringes Gewicht und hohe spezifische Energie aus. Die Daten zeigen, dass die theoretische spezifische Energie einer Aluminium-Luftbatterie 8100 Wh / kg erreichen kann. Die derzeitige tatsächliche spezifische Energie beträgt etwa 350 Wh / kg, was dem 2,3-fachen der Lithiumbatterie, dem 6-fachen der Nickel-Wasserstoff-Batterie und dem 7-fachen entspricht der Blei-Säure-Batterie.

Diese Art von Batterie kann offensichtlich dazu beitragen, das Gewicht des Autos zu reduzieren und die Reichweite zu erhöhen.

3. Fortschritte in Forschung, Entwicklung und Anwendung

Ausländisch:

Relevanten Informationen zufolge wurde bei Elektrofahrzeugen, die in Kalifornien Aluminium-Luftbatterien verwenden, die Aluminiumelektrode durch eine Reichweite von 1600 km ersetzt.

Die neue 100-Kilogramm-Aluminium-Luftbatterie von Alcoa Canada und dem israelischen Unternehmen Phinergy speichert genug Strom, um 3.000 Kilometer zu fahren.

Inländisch:

Yun Aluminium Co., Ltd. und das Kunurging Metallurgical Research Institute investierten gemeinsam in die Gründung der Chuangneng Aluminium Air Battery Co., Ltd., um in Forschungs- und Entwicklungsprojekte für Aluminium-Luftbatterien zu investieren. Derzeit schreitet das Forschungs- und Entwicklungsprojekt für Aluminium-Luftbatterien in Chuangneng voran.

China Power und PHINERGY haben ein Joint Venture zur Förderung von Aluminium-Luftbatterien in Elektrofahrzeugen wie Bussen, Reisebussen, Logistikfahrzeugen und Sport Utility Vehicles gegründet. Es ist geplant, auf dem chinesischen Festland, in Hongkong und in Macao Werbung zu machen.

Zweitens die Magnesium-Luftbatterie

1, Arbeitsprinzip

2, Eigenschaften

Hohe Energiedichte, hohe theoretische Spannung, sauber und sicher, Magnesium ist reich an Reserven und hat einen Kostenvorteil.

Magnesium-Luftbatterien haben eine 10-fache Energiedichte gegenüber lithiumbatterien mit gleichem Gewicht.

Der Nachteil ist, dass die Reaktionseffizienz der Magnesiumanode gering ist und die Reaktion der Luftkathode langsam ist. Obwohl die Batterie viel Energie speichern kann, ist die Umwandlung von Energie in tatsächliche Leistung sehr begrenzt.

3. Fortschritte in Forschung, Entwicklung und Anwendung

Ausländisch:

Berichten zufolge kann ein Elektroauto, das mit einer in Korea entwickelten kompletten Magnesium-Luftbatterie ausgestattet ist, erfolgreich 800 Kilometer zurücklegen, was der vierfachen durchschnittlichen Reichweite aktueller Fahrzeuge mit Lithiumbatterie entspricht.

Eine Reihe japanischer Institutionen, darunter Furukawa Battery, Nikon, Nissan Motor, die Japan Tohoku University und die Präfektur Miyagi, Japan, sowie andere staatliche Forschungsinstitute und Regierungsabteilungen, fördern aktiv die Forschung von Magnesium-Luftbatterien mit großer Kapazität.

Japans AguaPower hat erfolgreich Magnesium-Luftbatterien entwickelt und vermarktet und jetzt 16 Patente angemeldet.

Inländisch:

Das Ningbo Lithium Battery Engineering Laboratory hat erfolgreich einen Prototyp einer 1000 Wh Wh Magnesium-Luftbatterie entwickelt.

Demonstration des Prototyps einer Magnesium-Luftbatterie mit 1000 Wh

Die Batterie besteht aus fünf in Reihe geschalteten Einzelzellen mit einer Magnesiumlegierung AZ31 als Anode, einer 10% igen NaCl-Lösung als Elektrolyt und einer Luftdiffusionselektrode und einem Manganoxidkatalysator als Kathode. Das Aussehen der Magnesium-Luftbatterie beträgt 200 × 150 × 150 mm3, das Gewicht beträgt 2,3 kg, die Energiedichte kann 430 Wh / kg erreichen und die maximale Ausgangsleistung kann 80 W erreichen.

Die von der Firma hergestellte Magnesium-Luftbatterie verwendet Wasser als Elektrolyt und ihre eigenen LED-Leuchten können 90 bis 100 Stunden lang kontinuierlich beleuchtet werden und 20 Smartphones gleichzeitig aufladen. Diese Magnesium-Luftbatterie wird als Notstromquelle verwendet.

Drittens Zink Luftbatterie

1. Arbeitsprinzip

Zinkluftbatterie, auch als Zink-Sauerstoff-Batterie bekannt, verwendet Aktivkohle, um Sauerstoff oder reinen Sauerstoff in der Luft als aktives Material der positiven Elektrode, Zink als negative Elektrode und Ammoniumchlorid oder Ätzlösung als Elektrolyt zu adsorbieren.

Anode: Zn2OH - → ZnOH2O2e -

Kathode: O22H2O4e - → 4OH -

Synthese: 2ZnO2 → 2ZnO

2. Eigenschaften

Es hat eine höhere spezifische Energie und kann 340 Wh / kg erreichen. Sicherheit, stabile Entladeleistung und niedrige Kosten. Das Gewicht beträgt 50% der Lithiumbatterie, die Reichweite beträgt 200% der Lithiumbatterie und der anfängliche Installationspreis beträgt etwa 40% der Lithiumbatterie.

3. Fortschritte in Forschung, Entwicklung und Anwendung

Ausländisch:

Dr. Chen Zhongwei von der University of Waterloo, Kanada, und sein Team haben bedeutende Fortschritte erzielt.

Inländisch:

Das „Zink-Luftbatterie-Projekt für Fahrzeuge“ wurde in das nationale Spezialprojekt für Wissenschaft und Technologie 863 aufgenommen.

Ein inländisches Unternehmen zur Herstellung von Zink-Luft-Batterien und ein ganzer Fahrzeughersteller planen, in diesem Jahr 500 reine 12-Meter-Elektrobusse mit Zink-Luft-Batterien auf den Markt zu bringen. Die Gesamtkosten des Fahrzeugs betragen eine Million, und der Batteriepreis beträgt etwa 400.000.

Dem Plan zufolge wird das Unternehmen 2017 aerodynamische Zinkbatterien für 3.000 Elektrofahrzeuge produzieren.

Viertens Lithium-Luft-Batterie

1. Arbeitsprinzip

Lithium-Luft-Batterien verwenden Lithium als Anode und Luftsauerstoff als Kathode. Während der Entladung setzt das Lithium der Anode Elektronen frei und wird zum Lithiumkation (Li +). Li + passiert das Elektrolytmaterial und verbindet sich mit Sauerstoff und Elektronen, die aus dem externen Kreislauf fließen, um Lithiumoxid (Li2O) oder Lithiumperoxid (Li2O2) zu bilden. Und bleib an der Kathode. Die Leerlaufspannung der Lithium-Luft-Batterie beträgt 2,91V.

2. Eigenschaften

Lithium-Luft-Batterien haben zehnmal mehr Energie als Lithium-Ionen-Batterien und sind kleiner und leichter. Der Nachteil ist, dass es sich noch im Labor befindet und es ungefähr 10 Jahre dauert, bis die Kommerzialisierung erreicht ist.

3. Fortschritte in Forschung, Entwicklung und Anwendung

Ausländisch:

Die von der Universität von Cambridge in Großbritannien entwickelte Lithium-Luft-Batterie kann mehr als 2.000 Mal aufgeladen werden. Die Batterie verbraucht theoretisch mehr als 90% Energie.

Im Jahr 2009 entwickelten japanische Forschungsinstitute eine neue Lithium-Luft-Batterie mit hoher Kapazität.

Das IBM Almaden ReseachCenter forscht an Lithium-Luft-Batterien, und zwei Unternehmen, Asahi Kasei Co., Ltd. und Central Glass Co., Ltd., nahmen an dem Projekt teil. Das Forschungsteam plant, bis 2020 die Massenproduktion und Förderung von Lithium-Luft-Batterien zu erreichen

Inländisch.

Die Chinesische Akademie der Wissenschaften hat erfolgreich eine Lithium-Luft-Batteriezelle entwickelt.

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