金属空气电池与镍基电池技术分析
来源：宝鄂实业
2019-10-14 22:22
点击量：次
金属空气电池。
金属电极充当阳极，氧气由无穷无尽的空气作为阴极供应[30，45，72-76]。在金属空气电池中，锂、钙、镁、铁、铝和锌用作阳极[72-76]。在这些元素中，锂空气（锂空气）电池是最有前途的电动汽车应用。因为它的理论能量密度非常高，11.14千瓦时/千克，不考虑空气，它的比能量是其他类型电池的100倍以上[30,74,77-80]。然而，这种类型的电池有很高的火灾风险，含有水蒸气的空气可能引起火灾[30]。
钙空气（ca-air）电池具有较高的能量密度，但其容量衰减很快，且相对昂贵[72]。通常，镁空气（mg-air）电池的比能量高达700wh-kg。镁合金被设计用来代替潜艇中的镁[45]。电化学可充电铁空气（铁空气）电池具有75wh/kg的低比能量和比其他金属空气电池更低的成本[45,72,73]。其寿命周期成本低，且活性材料或形状不会因长周期电循环而变形[45,73]。
铝空气（al-air）电池具有高比能量、端电压和安培小时容量。但是，由于排放过程中的耗水量，这些优点减少了[45,72]。铝空气电池可以机械充电。在无条件充电环境下，采用水电解质，每次放电后更换铝电极即可实现充电。先进铝空气电池技术的铝合金电极是为了避免腐蚀而制造的，在大电流密度范围内可以获得98%或更高的库仑效率[46]。这种类型的电池通常用于为船只或水下航行器提供动力。铝氧电池也可用于其他形式。Al-O_u 2协助氢燃料电池获得几乎两倍的比能量[45,72-76]。
锌空气电池在技术上是可行的。该电池具有多种燃料电池和常规电池的特性，可以进行电气和机械充电。锌空气电池的反应速率是通过改变气体流量来实现的[30,45,72-74,81,82]。先进的可充电锌空气电池使用双功能空气电极以提高使用寿命，并且可以设计机械可充电锌空气电池来代替放电阳极以避免变形[45,81,82]。在高性能应用中，本设计考虑了锌空气电池的高比能量特性和la电池的高功率特性，形成了锌空气混合la电池的存储系统[45，81，82]。
显示了锌空气电池在放电和充电期间的化学成分。放电过程中，锌电极通过释放电子而氧化，空气电极产生氢氧化物离子。在电池充电过程中，锌电极上的锌沉积和氧气释放到空气电极中[83]。
锌空气电池的化学成分：（a）放电时，（b）充电时，（c）锌空气电池的原型[83]。
总体而言，金属空气电池由于其低材料成本和高性能，为可再充式储能应用提供了一个选择。在金属空气电池中，整个电化学反应在方程式（5）中。
其中，Me是一种金属，如里县、Ca、Mg、Fe、Al和Zn；n依赖于金属氧化的价态变化。
镍基电池。
镍基电池采用氢氧化镍作为负极材料。有很多种。镍基电池按负极材料的数量可分为镍铁、镍镉、镍锌、镍氢和镍氢[3、14、30、45、62]。通常，在镍基电池中，氢氧化镍被用作正极，氢氧化钾作为电解液，金属Fe／Cd/Zn，MH或H2作为负极。
给出了镍基电池在放电和充电过程中的化学成分。ni（oh）2和fe/cd/zn（oh）2是在放电和充电过程中形成的。m可以由不同的组件组成。镍铁锌电池因其动力性能低、成本高、循环寿命短、维护要求高而不适合用于电动汽车[14]。镍铁和镍锌电池的能量效率约为75%。镍、镉和金属氢化物由于其高寿命周期（2000年或更高）和能量密度，目前被用于驱动电动汽车。然而，镉镍具有较高的存储性能和价格，是la电池的10倍以上[14,62-67]。尽管所有的镍基电池具有这种类型的核的所有优点，需要考虑再循环和材料毒性问题[64-67 ]。相比之下，nimh具有低记忆效应、小环境影响和大工作温度范围[14,30,45,62]。尽管在运行过程中会产生热量，并且需要复杂的算法和昂贵的充电器，但环境友好性和免维护性确保镍氢电池比动力电池更适合电动汽车[14][3]。ni-h2容量大，寿命长，可耐受过充或过放电，无损伤。但这种电池价格昂贵，自放电与氢气压力成正比，体积能量密度低。它是一种专门用于太空探索的电源类型[45,62]。
镍基电池化学。（a）放电期间，（b）充电期间，以及（c）原型镍基电池
