如何延長金屬空氣電池的使用壽命

金屬空氣電池是最輕的電池類型之一，但它們可能有一個主要限制：當(dāng)不使用時，它們會迅速降解，因為腐蝕會侵蝕其金屬電極。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到了一種大幅減少腐蝕的方法，使這種電池的保質(zhì)期更長。

雖然典型的可充電鋰離子電池在儲存一個月后僅損失約5％的電量，但對于許多應(yīng)用而言，它們太昂貴，重量太重。初級（不可充電）鋁空氣電池更便宜，重量更輕，但每個月可能會損失80％的電量。MIT設(shè)計通過在鋁電極和電解質(zhì)之間引入油屏障來克服鋁空氣電池中的腐蝕問題，兩個電池電極之間的流體在電池待機(jī)時吸收掉鋁。 一旦使用電池，油就會快速抽出并用電解液代替。結(jié)果，能量損失每月減少到0.02％，超過千倍的改善。

雖然已經(jīng)使用了其他幾種方法來延長金屬空氣電池的保質(zhì)期，但這些方法可能會犧牲性能，大多數(shù)其他方法涉及應(yīng)用不同的，腐蝕性較小的化學(xué)配方替換電解質(zhì)，但這些替代方案大大降低了電池功率。其他方法包括在儲存期間將液體電解質(zhì)泵出并在使用前將其泵回。這些方法仍然能夠顯著腐蝕并且可能堵塞電池組中的管道系統(tǒng)。因為即使在電解質(zhì)從電池組中排出之后，鋁也是吸水的，剩余的電解質(zhì)將粘附在鋁電極表面上。電池具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此電解液容易被吸住，這導(dǎo)致持續(xù)的腐蝕。

新電池系統(tǒng)的關(guān)鍵是放置在電池電極之間的保護(hù)。當(dāng)使用電池時，保護(hù)板的兩側(cè)都充滿了液體電解質(zhì)，但是當(dāng)電池處于待機(jī)狀態(tài)時，油被泵入最靠近鋁電極的一側(cè)，從而保護(hù)鋁表面免受電解液的影響。新電池系統(tǒng)還利用了鋁的特性，稱為“水下疏油性” – 也就是說，當(dāng)鋁浸入水中時，它會從表面排斥油。結(jié)果，當(dāng)電池重新激活并且電解質(zhì)被泵回時，電解質(zhì)容易從鋁表面置換油，這恢復(fù)了電池的電力的能力。具有諷刺意味的是，麻省理工學(xué)院的腐蝕抑制方法利用了鋁的相同特性，促進(jìn)了傳統(tǒng)系統(tǒng)的腐蝕。結(jié)果是鋁空氣原型具有比傳統(tǒng)鋁空氣電池更長的保質(zhì)期。研究人員表示，當(dāng)電池重復(fù)使用然后待機(jī)一到兩天時，麻省理工學(xué)院的設(shè)計持續(xù)了24天，而傳統(tǒng)的設(shè)計只持續(xù)了三天。研究人員報告說，即使在按比例放大的原鋁空氣電池組中包含油和泵系統(tǒng)，它們?nèi)匀槐入妱悠嚨目沙潆婁囯x子電池組重量輕5倍。

除了非常便宜之外，鋁是我們所知道的最高化學(xué)能量密度儲存材料之一，也就是說，它能夠儲存和輸送比每個其他任何東西更多的能量，只有溴，這是昂貴和危險的，具有可比性。許多專家都認(rèn)為鋁空氣電池可能是鋰離子電池和汽車汽油的唯一可行替代品。鋁空氣電池已被用作電動車輛的增程器，以補(bǔ)充內(nèi)置可充電電池，以在內(nèi)置電池耗盡時增加許多額外的行駛里程。它們有時也用作偏遠(yuǎn)地區(qū)或某些水下航行器的電源。但是，雖然這些電池可以長時間存放，只要它們未被使用，一旦它們第一次打開，它們就會開始迅速降解。