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锂电池发展受阻 金属空气电池或有望取代

近日一则消息引发了业内激烈讨论。工信部明确表示,出于安全考虑,将暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。在波音公司新型大型客机“Boeing787”多次发生与蓄电池相关的事故后,世界各国对锂离子电池的安全性更加重视。联合国国际民航组织(ICAO)日前通过一项禁令,从4月1日起,所有可充电锂电池都不可在民航客机上寄行李舱运送。这一禁令将至少延续至2018年。

目前的锂离子电池技术已经走入了某种技术上的瓶颈,需要人们重新考虑锂离子电池的定位问题。锂离子电池因其单位能量密度高、体积小、重量轻等优势已在本世纪成为重要的蓄电载体,也非常适用于对于重量较为敏感的电动车。然而与上述优点相对的,除锂离子电池的电极材料本身不安定之外,锂离子电池所使用的电解液,也是造成电池发生着火事故的元凶。

早在20世纪的初叶,人们就已经发明了金属空气电池。金属空气电池的原理非常简单,但是限于当时的技术条件,空气电池并没有发展到实用阶段。直到进入21世纪,随着新能源汽车等方面需要的高涨,以及研究人员在材料等方面取得突破,空气电池才重新被人们所重视,并获得了较大的发展。

普通电池分别在阳极和阴极使用容易进行氧化和还原反应的材料,通过导出这些反应过程中产生的电子,来产生电流。而在空气电池中,在阴极用来进行反应的金属有锡、铝和锂等;阳极则为空气中的氧气;电池的电解液采用碱溶液(为水溶液)。当然在阳极的构造上,因为不可能用空气本身来作电池的电极,所以需要利用催化剂来吸附、固定和还原空气中的氧气。空气电池具有以下三大优势:

(1)较高的能量密度

从目前国外的研究看,在对各种金属电极材料进行比较试验后发现,用锂作阴极的锂空气电池可以得到最为令人满意的结果。从原理上讲空气电池使用氧气作为阳极,而氧气来源于空气中,换句话说,电池的重量中不包含阳极部分的重量。因此,将氧气阳极的重量排除在外之后,空气电池的理论重量能量密度可高达11,140Wh/kg!

(2)很高的安全性

空气电池使用的电解液为碱性水溶液,从物理性质上看不存在着火的可能性。同时,电池中所发生的化学反应速度,不能超过氧气的供给速度,所以很难产生异常高温。因此空气电池的安全性是很高的。

(3)环境负担低

在处理废弃电池时,铝、锂、锡等金属及其氧化物都属于低环境污染物质;电解液为普通的碱性水溶液,较容易处理,所以不容易污染环境。而电池的高容量也就意味着电池的废弃频度较低,这也从另一个方面减轻了环境负担。

根据相关研究,使用空气电池的电动汽车所产生的效果作过如下的比较:

太阳创建(中国)有限公司(简称太阳中国),主要从事新能源产品的研发,包括新能源车的应用推广、蓄能设备以及车控系统的研发。太阳中国经过调研认为,无论从经济效益还是用户的使用习惯看,如果空气电池作为充电电池使用并成功投产,应该会具有很大的市场潜力。然而,太阳中国也将后续继续关注,如何提高电池的耐久性以及如何提高电池的稳定性两大重要技术问题,解决这类看似矛盾的问题,也成为左右空气电池发展进程的重要课题。

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