Удельная энергия | 1300 (практическая), 6000/8000 (теоретическая) Вт · ч / кг |
---|---|
Плотность энергии | N / A |
Спецификация фактическая мощность | 200 Вт / кг |
Номинальное напряжение элемента | 1,2 V |
Алюминиево-воздушные батареи (алюминиево-воздушные батареи) вырабатывают электричество в результате реакции кислород в воздухе с алюминием. У них одна из самых высоких удельной энергии среди всех батарей, но они не получили широкого распространения из-за проблем, связанных с высокой стоимостью анодов и удалением побочных продуктов при использовании традиционных электролитов. Это ограничило их использование в основном в военных целях. Однако электромобиль с алюминиевыми батареями имеет потенциал до восьми раз больший запас хода литий-ионного аккумулятора при значительно меньшей общей массе.
Алюминиево-воздушные батареи первичные элементы, т. е. неперезаряжаемые. Когда алюминиевый анод израсходуется в результате реакции с кислородом воздуха на катоде, погруженном в электролит на водной основе, с образованием гидратированного оксида алюминия, батарея больше не будет вырабатывать электричество. Однако можно механически перезарядить аккумулятор с новыми алюминиевыми анодами, изготовленными из вторичного использования гидратированного оксида алюминия. Такая переработка была бы необходима, если бы алюминиево-воздушные батареи получили широкое распространение.
Алюминиевые автомобили обсуждаются уже несколько десятилетий. Гибридизация снижает затраты, и в 1989 году сообщалось о дорожных испытаниях гибридной алюминиево-воздушной / свинцово-кислотной батареи в электромобиле. Гибридный минивэн с алюминиевым приводом был продемонстрирован в Онтарио в 1990 году.
В марте 2013 года Phinergy выпустила видеодемонстрацию электромобиля с алюминиево-воздушными ячейками, проехавшего 330 км с использованием специальный катод и гидроксид калия. 27 мая 2013 года в вечернем выпуске новостей израильского канала 10 был показан автомобиль с аккумулятором Phinergy в задней части, требующий дальности действия 2000 километров (1200 миль), прежде чем потребуется замена алюминиевых анодов.
анод окисление полу- реакция представляет собой Al + 3OH. → Al (OH). 3+ 3e -2,31 В.
Полуреакция восстановления катода представляет собой O. 2+ 2H.. 2O + 4e → 4OH. +0,40 В.
Суммарная реакция: 4Al + 3O. 2+ 6H. 2O → 4Al (OH). 3+ 2,71 В.
Эти реакции создают примерно 1,2 вольта разность потенциалов, которая достижима на практике, когда в качестве электролита используется гидроксид калия. Электролит с морской водой достигает примерно 0,7 В на элемент.
Удельное напряжение элемента может изменяться в зависимости от состава электролита, а также от структуры и материалов катода.
Алюминий в качестве «топлива» для транспортных средств изучался Янгом и Никлем. В 2002 году они пришли к выводу:
Система алюминиево-воздушных аккумуляторов может генерировать достаточно энергии и мощности для диапазона движения и ускорения, как у автомобилей с бензиновым двигателем... Стоимость алюминия в качестве анода может составлять всего 1,1 доллара США / кг, пока продукт реакции используется повторно. Общая топливная эффективность во время цикла в электромобилях (электромобилях) с воздухом / воздухом может составлять 15% (текущий этап) или 20% (прогноз), что сравнимо с КПД автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) (13%). Расчетная плотность энергии аккумулятора составляет 1300 Втч / кг (в настоящее время) или 2000 Втч / кг (прогнозируется). Стоимость аккумуляторной системы, выбранной для оценки, составляет 30 долларов США / кВт (текущая) или 29 долларов США / кВт (прогнозируемая). Был проведен анализ жизненного цикла алюминиевых / воздушных электромобилей и проведено сравнение свинцово-кислотных и никель-металлгидридных (NiMH) электромобилей. Можно спроектировать, что только электромобили с воздушным / воздушным двигателем будут иметь дальность хода, сопоставимую с ДВС. Исходя из этого анализа, воздушно-воздушные электромобили являются наиболее перспективными кандидатами по сравнению с двигателями внутреннего сгорания с точки зрения дальности поездки, покупной цены, стоимости топлива и стоимости жизненного цикла.
Остается решить технические проблемы, чтобы сделать воздушно-воздушные батареи подходящими. для электромобилей. Аноды из чистого алюминия корродируют электролитом, поэтому алюминий обычно легирован оловом или другими элементами. Гидратированный оксид алюминия, который образуется в результате реакции в ячейке, образует гелеобразное вещество на аноде и снижает выработку электроэнергии. Этот вопрос решается в ходе разработки алюминиево-воздушных элементов. Например, были разработаны добавки, которые образуют оксид алюминия в виде порошка, а не геля.
Современные воздушные катоды состоят из реактивного слоя углерода с никелевым токосъемником, катализатором (например, кобальтом ), и пористая гидрофобная пленка PTFE, предотвращающая утечку электролита. Кислород в воздухе проходит через ПТФЭ, а затем вступает в реакцию с водой с образованием гидроксид-ионов. Эти катоды работают хорошо, но могут быть дорогими.
Традиционные алюминиево-воздушные батареи имели ограниченный срок хранения, потому что алюминий вступал в реакцию с электролитом и выделял водород, когда батарея не использовалась, хотя это уже не относится к современным конструкциям. Этой проблемы можно избежать, если хранить электролит в резервуаре вне батареи и передавать его в батарею, когда он необходим для использования.
Эти батареи могут использоваться, например, в качестве резервных батарей в телефонных станциях и в качестве источников резервного питания.
Алюминиево-воздушные батареи могут стать эффективным решением для морских применений из-за их высокой плотности энергии, низкой стоимости и большого количества алюминия, без выбросов в месте использования (лодки и корабли)., и несколько других коммерческих компаний работают над коммерческим и военным применением в морской среде.