新型千瓦级铝空气电池问世 其高性能可攻克热逃逸难题

2019-10-08      227 次浏览

据外媒报道,金属-空气电池(Metal-airbatteries)已引起了业内的特别关注,因为其能量密度高、装配成本低、环保、无毒性、使用寿命长、放电时间长、可回收性(recyclability)高、温度公差宽。


金属-空气电池已被广泛应用于电动车(插电式混动车及纯电动车)及储能装置(智能电网)中,还能被用作应急电源。


与其他电池技术类似,金属-空气电池也存在许多科研与技术难题,主要问题在于阴极动力学反应迟滞(sluggishkinetics)、阳极能效利用率低(因金属氧化物、氢氧化物或其他物质在阳极表面积聚而导致的严重钝化)、自放电(self-discharge)与腐蚀、劣质空气阴极结构引起的过电位高、极化电阻(polarizationresistance)大、系统散热失控,导致长期运行故障、实际能量密度及应用受限。


浙江省石墨烯应用研究重点实验室(KeyLaboratoryofGrapheneTechnologiesandApplicationsofZhejiangProvince)与先进锂电池工程师实验室(AdvancedLi-ionBatteryEngineeringLab)的研究团队率先研发了一款千瓦级(kilowatt-scale)铝空气电池,该电池采用了高效的石墨烯基催化剂,利用石墨烯添加剂提升了空气阴极结构(aircathodestructure)及自主研发的铝合金阳极,综合性电化学性能表现十分出色。


铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似,铝空气电池以高纯度铝Al(含铝99.99%)为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。


铝空气电池的进展十分迅速,它在EV上的应用已取得良好效果,是一种很有发展前途的空气电池。


比能量大


铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg,2014年的铝空气电池的实际比能量只达到350Wh/kg,但也是铅酸电池的7~8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。采用铝空气电池后,车辆能够明显地提高续驶里程,国外有关资料介绍,美国加利福尼亚州在使用铝空气电池的电动汽车上,有过只更换一次铝电极续驶里程达1600km的记录。


质量轻


我国开发和研制的牵引用动力型铅酸蓄电池的总能量为13.5kWh,总质量为375kg。而同样能量的铝空气电池总质量仅45kg,为铅酸蓄电池质量的12%。由于电池质量大大减轻,车辆的整备质量也降低,可以提高车辆的装载能量或延长续驶里程。


无毒危险


铝对人体不会造成伤害,可以回收循环使用,不污染环境。铝的原材料丰富,已具有大规模的铝冶炼厂,生产成本较低。铝回收再生方便,回收再生成本也较低。而且可以采用更换铝电极的方法,来解决铝空气电池充电较慢的问题。


虽然铝空气电池含有高的比能量,但比功率较低,充电和放电速度比较缓慢,电压滞后,自放电率较大,需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热。


缺点


1.比功率较低,充电和放电速度比较缓慢;


2.电压滞后,自放电率较大;


3.需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热。


优化该款工业设计及系统整合方案后,该电池可被用于攻克热逃逸(thermalrunaway)问题。


该机构发布了近20篇研究论文,并申请了20多项有关铝空气电池的技术专利。


该研究团队论证了千瓦级石墨烯基铝空气电池系统,其能量密度高、电池容量高达20kWh,电量输出国高达1000W。


该款电池系统可同时为电视机、台式计算机、电风扇及60瓦灯泡持续供电20多个小时。


该研究团队还建立了实验室生产线,目前还在研发一款5kW的铝空气电池。


本文摘自:盖世汽车


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