Металло-воздушная батарея представляет собой активный материал, в котором используются металлы с потенциалом отрицательного электрода, такие как магний, алюминий, цинк, ртуть и железо, в качестве отрицательного электрода и кислород или чистый кислород в воздухе в качестве положительного электрода.Воздушно-цинковые батареи являются наиболее изученными и широко используемыми батареями из серии металло-воздушных батарей.За последние 20 лет ученые провели много исследований вторичной цинково-воздушной батареи.Японская корпорация Sanyo изготовила вторичную цинково-воздушную батарею большой емкости.С использованием метода циркуляции воздуха и электрогидравлической силы разработана воздушно-цинковая батарея для трактора напряжением 125В и емкостью 560А·ч.Сообщается, что он применялся в транспортных средствах, и его плотность разрядного тока может достигать 80 мА/см2, а максимальная может достигать 130 мА/см2.Некоторые компании во Франции и Японии используют метод циркуляции цинкового шлама для получения вторичного цинково-воздушного тока, а рекуперация активных веществ осуществляется вне батареи с фактической удельной энергией 115 Вт·ч/кг.

Основные преимущества металловоздушной батареи:

1) Более высокая удельная энергия.Поскольку активным материалом, используемым в воздушном электроде, является кислород воздуха, он неисчерпаем.Теоретически емкость положительного электрода бесконечна.Кроме того, активный материал находится вне батареи, поэтому теоретическая удельная энергия воздушной батареи намного больше, чем у обычного электрода из оксида металла.Теоретическая удельная энергия металловоздушной батареи обычно составляет более 1000 Вт·ч/кг, что относится к высокоэнергетическому химическому источнику питания.
(2) Цена дешевая.В воздушно-цинковых батареях в качестве электродов не используются дорогие драгоценные металлы, а материалы батареи являются обычными материалами, поэтому цена дешевая.
(3) Стабильная производительность.В частности, воздушно-цинковые батареи могут работать при высокой плотности тока при использовании порошкового пористого цинкового электрода и щелочного электролита.Если вместо воздуха использовать чистый кислород, производительность разряда также может быть значительно улучшена.Согласно теоретическому расчету, плотность тока может быть увеличена примерно в 20 раз.

Металловоздушная батарея имеет следующие недостатки:

1）, аккумулятор нельзя герметизировать, что может привести к высыханию и подъему электролита, что повлияет на емкость и срок службы аккумулятора.Если используется щелочной электролит, также легко вызвать карбонизацию, увеличивающую внутреннее сопротивление батареи и влияющую на разрядку.
2）, характеристики влажного хранения плохие, потому что диффузия воздуха в аккумуляторе к отрицательному электроду ускорит саморазряд отрицательного электрода.
3）, использование пористого цинка в качестве отрицательного электрода требует гомогенизации ртути.Ртуть не только наносит вред здоровью рабочих, но и загрязняет окружающую среду, поэтому ее необходимо заменить безртутным ингибитором коррозии.

Металло-воздушная батарея представляет собой активный материал, в котором используются металлы с потенциалом отрицательного электрода, такие как магний, алюминий, цинк, ртуть и железо, в качестве отрицательного электрода и кислород или чистый кислород в воздухе в качестве положительного электрода.Водный раствор щелочного электролита обычно используется в качестве раствора электролита металловоздушной батареи.Если в качестве отрицательного электрода используются литий, натрий, кальций и т. д. с большим потенциалом отрицательного электрода, поскольку они могут вступать в реакцию с водой, может использоваться только неводный органический электролит, такой как стойкий к фенолу твердый электролит, или неорганический электролит, такой как раствор соли LiBF4. использоваться.

Магниево-воздушная батарея

Любая пара металла с потенциалом отрицательного электрода и воздушного электрода может образовать соответствующую металл-воздушную батарею.Электродный потенциал магния относительно отрицателен, а электрохимический эквивалент относительно невелик.Его можно использовать в паре с воздушным электродом для создания магниево-воздушной батареи.Электрохимический эквивалент магния составляет 0,454 г/(А · ч) Ф=- 2,69 В. Теоретическая удельная энергия магниево-воздушной батареи составляет 3910 Вт · ч/кг, что в 3 раза больше, чем у воздушно-цинковой батареи и в 5~ в 7 раз больше, чем у литиевой батареи.Отрицательным полюсом воздушно-магниевой батареи является магний, положительным полюсом является кислород в воздухе, электролитом является раствор КОН, также можно использовать нейтральный раствор электролита.
Большая емкость батареи, низкая стоимость и высокий уровень безопасности являются ключевыми преимуществами ионно-магниевых батарей.Двухвалентная характеристика иона магния позволяет переносить и хранить больше электрических зарядов с теоретической плотностью энергии в 1,5-2 раза по сравнению с литиевой батареей.В то же время магний легко извлекается и широко распространен.Китай имеет абсолютное преимущество в обеспеченности ресурсами.После изготовления магниевой батареи ее потенциальное преимущество в стоимости и безопасность ресурсов выше, чем у литиевой батареи.С точки зрения безопасности дендрит магния не будет появляться на отрицательном полюсе ионно-магниевой батареи во время цикла зарядки и разрядки, что может предотвратить рост литиевых дендритов в литиевой батарее, пробивающий диафрагму и вызывающий короткое замыкание батареи, возгорание и взрыв.Вышеуказанные преимущества делают магниевые батареи большими перспективами развития и потенциалом.

Что касается последних разработок магниевых аккумуляторов, Институт энергетики Циндао Китайской академии наук добился значительного прогресса в магниевых вторичных аккумуляторах.В настоящее время компания преодолела технические трудности в процессе производства вторичных батарей из магния и разработала один элемент с плотностью энергии 560 Втч/кг.Электромобиль с полной магниево-воздушной батареей, разработанный в Южной Корее, может успешно проехать 800 километров, что в четыре раза превышает среднюю дальность пробега современных автомобилей с литиевыми батареями.Ряд японских учреждений, в том числе Kogawa Battery, Nikon, Nissan Automobile, Японский университет Тохоку, город Рисян, префектура Мияги, а также другие отраслевые университеты, исследовательские институты и правительственные ведомства, активно продвигают исследования большой емкости магниевых воздушных аккумуляторов.Чжан Е, исследовательская группа Колледжа современного машиностроения Нанкинского университета и другие разработали двухслойный гелевый электролит, в котором реализована защита металлического магниевого анода и регулирование продуктов разряда, и получен магниево-воздушный аккумулятор с высокой плотностью энергии ( 2282 Вт·ч · кг-1, исходя из качества всех воздушных электродов и магниевых отрицательных электродов), что намного выше, чем у воздушно-магниевой батареи со стратегиями легирования анода и антикоррозионного электролита в современной литературе.
В целом, магниевая батарея в настоящее время все еще находится на стадии предварительных исследований, и до ее широкомасштабного продвижения и применения еще далеко.