基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统.doc
《基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统.doc(6页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统新能源新材料的开发应用,始终推进了科技的发展,从而促进了人类社会的进步。电子产品、电动汽车的普及,使各种类型的电池应运而生。近来,一则铝空气电池的新闻吸引了眼球。从中科院宁波材料所获得最新消息,该所研究团队已研制出基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统。他们采用石墨烯复合锰基氧化物催化剂以及新型石墨烯基高效空气阴极将单体电池功率密度了提高25%,大幅度提升了金属空气电池综合性能。该电池系统能量密度高达510 Wh/kg、容量20 kWh、输出功率1000 W。通过实际演示显示,该电池系统可同时为一台电视机、一台电脑、一台电风扇以及10个60瓦照
2、明灯泡同时供电,初步验证了铝空气电池系统的发电供电能力,是新能源和新材料领域的一项重大突破。铝空气电池铝空气电池属于空气电池的一种,同类的还有镁空气电池、锌空气电池和锂空气电池等,也可以说它是特殊的燃料电池。金属空气电池(也称为金属燃料电池)是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的化学电源。铝空气电池在单体电池中以铝为负极、氧为正极,在工作时只消耗铝和少量的水,当铝和水消耗完了就没法工作了。它是一次电池,不能充电,需要更换铝电极才能继续工作。这类电池理论上的正极活性物质的量是无限的,所以电池理论容量主要取决于负极金属的量,这类电池拥有更大的比容量。 作为一种特殊的燃料电池,铝-空气电池在军事、
3、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等应用方面具有巨大的商业潜力。铝空气电池发展简史没想到的是铝空气电池的问世到现在也有70多年了,我们来看看国内外这种电池的“演化”进程。铝空气电池的原理和结构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。铝阳极(负极)铝(Al)是一种理想的电极材料,金属铝的理论能量密度为8.2Wh/g,在常见金属中,仅次于锂的13.3Wh/g,电极电位较负,是除金属锂以外质量比能
4、量最高的轻金属电池材料。铝空气电池的质量比能量实际可以达到450Wh/kg,比功率达到50200W/kg。具有理论容量高、消耗率低、质量轻、电位负、资源丰富及易于加工等优点,得到广泛研究。但是由于铝是一种很活泼的两性金属,目前铝阳极的发展还受到以下几个问题的影响。(1)铝表面有一层钝化膜,影响了铝的电化学活性。(2)铝是一种两性金属元素,这就决定了它在强碱性环境下易析氢腐蚀,影响电极电位,产物浮着在电解液中影响整个电化学反应的进行。(3)空气电池独特的半开放的体系,使空气电极容易受到外界湿度的影响,发生铝阳极的“淹没”或“干涸”,甚至“爬碱”或“漏液”现象从而对整个空气电池的结构造成破坏。为了
5、解决上述问题,国内外学者从以下三个方面进行了研究:a、铝阳极合金化工业级铝(99.0%)含有较多的杂质,如铁(0.5%)、硅、铜、锰、镁和锌等,会使相界面处铝的析氢腐蚀加剧,特别是铁会与铝形成局部原电池,导致电化学腐蚀成倍增加。可向铝中加入既能提高化学活性、又可提高耐腐蚀性的合金成分。铝合金合金化需要加入的元素所需要满足的条件有:合金元素的熔点要低于金属Al;在Al中固态饱和度较高;电化学活性高于Al;在电解质中溶解度较高;具有较高的析氢过电位。此外,将阳极金属加工成超细晶材料,可进一步提高阳极效率。b、电解液中加入缓释剂由于阳极合金化有一定的成本问题所以人们经常会选择在电解液中加入一些缓释剂
6、来保证铝空气电池的性能。一些羧酸类、胺类、氨基酸类缓释剂及其对铝腐蚀的抑制效率如下表所示:研究者们使用天然物质作金属铝腐蚀的抑制剂,实验证明有机胺类、吡咯等对铝的腐蚀有明显的抑制作用。通过向强碱电解质中添加有机物、水溶性化合物来研究铝金属阳极的电化学行为降低铝的腐蚀速度,进而提高铝空气电池的性能。c、热处理工艺热处理通过改变铝合金中微量元素的分布和合金表面的微观结构,来影响合金性能,属工艺学的研究范畴。通过适合的正交实验可找到最佳的热处理工艺。电解液铝空气电池的电解液多为中性盐溶液或强碱性溶液。当使用中性电解液时,阳极自腐蚀小,但铝阳极表面钝化严重,使工作电压降低,电池的功率和电流难以提高,还
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 石墨 空气 阴极 千瓦 电池 发电 系统
链接地址:https://www.31doc.com/p-3418026.html