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如何延长金属空气电池的使用寿命

金属空气电池是最轻的电池类型之一,但它们可能有一个主要限制:当不使用时,它们会迅速降解,因为腐蚀会侵蚀其金属电极。现在,麻省理工学院的研究人员已经找到了一种大幅减少腐蚀的方法,使这种电池的保质期更长。

金属空气电池结构

虽然典型的可充电锂离子电池在储存一个月后仅损失约5%的电量,但对于许多应用而言,它们太昂贵,重量太重。初级(不可充电)铝空气电池更便宜,重量更轻,但每个月可能会损失80%的电量。MIT设计通过在铝电极和电解质之间引入油屏障来克服铝空气电池中的腐蚀问题,两个电池电极之间的流体在电池待机时吸收掉铝。 一旦使用电池,油就会快速抽出并用电解液代替。结果,能量损失每月减少到0.02%,超过千倍的改善。

虽然已经使用了其他几种方法来延长金属空气电池的保质期,但这些方法可能会牺牲性能,大多数其他方法涉及应用不同的,腐蚀性较小的化学配方替换电解质,但这些替代方案大大降低了电池功率。其他方法包括在储存期间将液体电解质泵出并在使用前将其泵回。这些方法仍然能够显着腐蚀并且可能堵塞电池组中的管道系统。因为即使在电解质从电池组中排出之后,铝也是吸水的,剩余的电解质将粘附在铝电极表面上。电池具有复杂的结构,因此电解液容易被吸住,这导致持续的腐蚀。

新电池系统的关键是放置在电池电极之间的保护。当使用电池时,保护板的两侧都充满了液体电解质,但是当电池处于待机状态时,油被泵入最靠近铝电极的一侧,从而保护铝表面免受电解液的影响。新电池系统还利用了铝的特性,称为“水下疏油性” – 也就是说,当铝浸入水中时,它会从表面排斥油。结果,当电池重新激活并且电解质被泵回时,电解质容易从铝表面置换油,这恢复了电池的电力的能力。具有讽刺意味的是,麻省理工学院的腐蚀抑制方法利用了铝的相同特性,促进了传统系统的腐蚀。结果是铝空气原型具有比传统铝空气电池更长的保质期。研究人员表示,当电池重复使用然后待机一到两天时,麻省理工学院的设计持续了24天,而传统的设计只持续了三天。研究人员报告说,即使在按比例放大的原铝空气电池组中包含油和泵系统,它们仍然比电动汽车的可充电锂离子电池组重量轻5倍。

除了非常便宜之外,铝是我们所知道的最高化学能量密度储存材料之一,也就是说,它能够储存和输送比每个其他任何东西更多的能量,只有溴,这是昂贵和危险的,具有可比性。许多专家都认为铝空气电池可能是锂离子电池和汽车汽油的唯一可行替代品。铝空气电池已被用作电动车辆的增程器,以补充内置可充电电池,以在内置电池耗尽时增加许多额外的行驶里程。它们有时也用作偏远地区或某些水下航行器的电源。但是,虽然这些电池可以长时间存放,只要它们未被使用,一旦它们第一次打开,它们就会开始迅速降解。

 

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