Prinċipju ta' Ħidma ta' Batteriji tal-Aluminju-Ajru
Ċellula tal-aluminju-arja tikkonsisti f'anodu tal-aluminju, katodu tal-arja u elettrolit akweju, ġeneralment idrossidu tal-potassju jew idrossidu tas-sodju. Fl-anodu, l-aluminju jinħall u jirrilaxxa tliet elettroni għal kull atomu; fil-katodu, l-ossiġnu mill-arja ambjentali jitnaqqas. Ir-reazzjoni ġenerali 4Al + 3O{2 + 6H2O għal 4Al(OH)3 tagħti vultaġġ ta' ċirkwit-miftuħ qrib 2.7 V fit-teorija, filwaqt li ċ-ċelloli prattiċi joperaw f'madwar 1.2 sa 1.6 V minħabba telf ta' polarizzazzjoni. Minħabba li l-materjal attiv tal-katodu, l-ossiġnu, jittieħed liberament mill-arja minflok ma jinħażen ġewwa ċ-ċellula, il-batterija tista 'tilħaq enerġija speċifika teoretika qrib 8.1 kWh/kg ibbażata fuq l-anodu tal-aluminju waħdu, madwar 2,980 Ah għal kull kilogramma ta' aluminju f'2.7 V, bosta drabi ċ-ċifra għal chemistries tal-litju -.
Għaliex l-Aluminju Jgħodd għall-Ħżin tal-Enerġija
L-aluminju huwa l-aktar metall abbundanti fil-qoxra tad-Dinja u huwa prodott fuq skala industrijali madwar id-dinja, li jżomm l-ispiża ta 'l-anodu baxxa u l-ktajjen tal-provvista stabbli. Il-prodott tal-iskariku huwa idrossidu tal-aluminju, kompost li ma jagħmilx ħsara li jista 'jiġi rritornat lill-funderija u kkonvertit lura għal metall permezz tal-proċess Hall-Heroult, sabiex il-linja tal-materjal tkun magħluqa u riċiklabbli. Meta mqabbla ma' pakketti tal-litju-jone, is-sistemi tal-aluminju-arja jużaw elettrolit-ibbażat fuq l-ilma, mhux-fjammabbli, li jneħħi r-riskju ta' runaway termali u jissimplifika l-ġestjoni termali. Dawn il-karatteristiċi jagħmlu l-kimika attraenti għal applikazzjonijiet fejn medda twila, spiża baxxa u sigurtà huma importanti aktar mill-ogħla qawwa.
Materjali u Komponenti taċ-Ċellola
L-anodu huwa ġeneralment aluminju ta 'purità għolja- ta' 99.5% jew ogħla, fornut bħala pjanċa jew fojl tqil, ħafna drabi liga b'ammonti żgħar ta 'gallju, indju, landa jew manjesju biex irażżan il-passivazzjoni u l-evoluzzjoni tal-idroġenu parassitiku f'elettrolit alkalin. Il-katodu ta 'l-arja huwa saff tal-karbonju poruż mgħobbi b'katalizzatur bħal dijossidu tal-manganiż, sostnut minn kollettur tal-kurrent metalliku, u fojl ta' l-aluminju komunement iservi bħala s-sottostrat konduttiv jew il-vojt ta 'l-anodu innifsu. Is-sistemi tal-elettroliti jvarjaw minn KOH ikkonċentrat għal tħaddim ta'-rata għolja għal soluzzjonijiet tal-melħ għal ċelloli ta'-ħajja twila-baxxa. Id-disinn tal-elettrodu tad-diffużjoni tal-gass u l-ġestjoni tal-preċipitazzjoni tal-karbonat huma ż-żewġ kompiti l-aktar kritiċi tal-inġinerija fl-iżvilupp taċ-ċelluli.
Dejta Rappurtata dwar Prestazzjoni u Dimostrazzjoni
Iċ-ċelloli tal-laboratorju rrappurtaw enerġiji speċifiċi fil-medda ta '400 sa 800 Wh/kg fil-livell taċ-ċellula, u d-dimostrazzjonijiet tas-sistema ffukaw fuq disinji mekkanikament rikarikabbli. F'dimostrazzjoni tat-triq irrappurtata b'mod wiesa '2013, karozza żgħira tal-belt mgħammra b'madwar 50 kg ta' pjanċi tal-anodi tal-aluminju ġiet iddikjarata li tivvjaġġa bejn wieħed u ieħor 1,600 km, bl-ilma miżjud perjodikament biex jinżamm l-elettrolit. Il-konsum tal-aluminju huwa fundamentalment marbut mal-kapaċità: minħabba li kull kilogramma ta 'aluminju jġorr ħlas teoretiku ta' madwar 2,980 Ah, ċellula li tiskarika b'medja ta '1.4 V tagħti madwar 4.2 kWh ta' enerġija elettrika għal kull kilogramma ta 'anodu kkunsmat, qabel ma jiżdiedu l-overheads tal-elettrolit u tas-sistema. Dan iqabbel ma' madwar 0.25 sa 0.30 kWh/kg tipiku ta' ċelluli tal-jone tal-litju-fil-livell tal-pakkett, għalkemm it-tqabbil għandu jinkludi l-piż tas-sistema sħiħa tal--arja tal-aluminju.
Sfidi Ewlenin għall-Applikazzjonijiet tal--Vetturi Elettriku
Erba' ostakli hemm bejn iċ-ċelloli tal-laboratorju u l-vetturi elettriċi kummerċjali. L-ewwel, id-densità tal-qawwa hija limitata mill-kinetika tat-tnaqqis tal-ossiġnu fil-katodu tal-arja, għalhekk il-batteriji tal-aluminju-arja jixirqu skarigu stabbli aħjar minn aċċelerazzjoni rapida. It-tieni, l-aluminju jissaddad fl-elettrolit alkalin, jirrilaxxa l-idroġenu u ħela ta 'materjal, li jitlob ottimizzazzjoni tal-liga u addittivi tal-elettroliti. It-tielet, il-batterija mhix elettrikament rikarikabbli fis-sens konvenzjonali; riforniment ifisser sostituzzjoni tal-iskartoċċ anodu u riċiklaġġ tal-idrossidu, li teħtieġ infrastruttura ta 'servizz ġdida. Ir-raba ', il-katodu ta' l-arja jiddegrada maż-żmien permezz tal-formazzjoni tal-karbonat u d-diżattivazzjoni tal-katalist, u jqassar il-ħajja tas-servizz. Għal dawn ir-raġunijiet, ir-riċerka attwali timmira għal konfigurazzjonijiet ibridi li fihom buffer żgħir tal-litju-jone jieħu ħsieb l-ogħla qawwa filwaqt li l-unità tal-aluminju-arja tipprovdi enerġija tal-kruċiera, u applikazzjonijiet niċċa bħal enerġija ta' riżerva u trasport tqil ta'-medda twila.
FAQ
Q: Kif taħdem batterija tal-aluminju-arja?
A:Jossidizza anodu tal-aluminju b'ossiġnu miġbud mill-arja ambjentali f'elettrolit akweju, jirrilaxxa elettroni permezz ta 'ċirkwit estern u jipproduċi idrossidu tal-aluminju bħala l-prodott ta' skariku.
Q: X'inhi d-densità teoretika tal-enerġija tal-aluminju-arja?
A:Ibbażat fuq l-anodu tal-aluminju biss jilħaq madwar 8.1 kWh/kg, bejn wieħed u ieħor 2,980 Ah/kg f'2.7 V, bosta drabi dak tal-litju-jone; ċelloli prattiċi jiksbu valuri aktar baxxi iżda xorta kompetittivi.
Q: Kemm tikkonsma aluminju ċ-ċellula?
A:Kull kilogramma ta 'aluminju ġġorr madwar 2,980 Ah ta' ċarġ, għalhekk b'vultaġġ medju ta 'skarika ta' 1.4 V iċ-ċellula tikkonvertiha f'madwar 4.2 kWh ta 'elettriku qabel l-overheads tas-sistema.
Q: Jistgħu l-batteriji tal-aluminju-arja jiġu ċċarġjati mill-ġdid elettrikament?
A:Mhux fis-sens konvenzjonali; l-anodu jiġi kkunsmat u għandu jiġi sostitwit mekkanikament, filwaqt li l-idrossidu tal-aluminju mill--prodott jiġi riċiklat lura għal metall permezz tal-proċess Hall-Heroult.
Q: Għaliex għadhom mhumiex komuni fil-vetturi elettriċi?
A:Densità ta' enerġija limitata, korrużjoni tal-anodi fl-elettrolit alkalin, degradazzjoni tal-katodu tal-arja-u n-nuqqas ta' infrastruttura ta' riforniment bħalissa jirrestrinġuhom għal programmi ta' riċerka, disinji ibridi u applikazzjonijiet stazzjonarji.
Q: X'rwol għandu l-fojl tal-aluminju f'dawn il-batteriji?
A:Folja tal-aluminju ta 'purità għolja-u folja rqiqa jintużaw għall-vojt tal-anodi u l-kolletturi tal-kurrent, u huwa għalhekk li l-produtturi tal-fojl u tal-folji jsegwu l-iżvilupp ta' din it-teknoloġija mill-qrib.