Η μπαταρία μετάλλου-αέρα είναι ένα ενεργό υλικό που χρησιμοποιεί μέταλλα με αρνητικό δυναμικό ηλεκτροδίου, όπως μαγνήσιο, αλουμίνιο, ψευδάργυρο, υδράργυρο και σίδηρο, ως αρνητικό ηλεκτρόδιο και οξυγόνο ή καθαρό οξυγόνο στον αέρα ως θετικό ηλεκτρόδιο.Η μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα είναι η πιο μελετημένη και ευρέως χρησιμοποιούμενη μπαταρία στη σειρά μπαταριών μετάλλου-αέρα.Τα τελευταία 20 χρόνια, οι επιστήμονες έχουν κάνει πολλή έρευνα για τη δευτερεύουσα μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα.Η Sanyo Corporation of Japan παρήγαγε μια δευτερεύουσα μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα μεγάλης χωρητικότητας.Η μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα για τρακτέρ με τάση 125V και χωρητικότητα 560A · h έχει αναπτυχθεί με τη μέθοδο της κυκλοφορίας αέρα και ηλεκτροϋδραυλικής δύναμης.Αναφέρεται ότι έχει εφαρμοστεί σε οχήματα και η πυκνότητα ρεύματος εκφόρτισης μπορεί να φτάσει τα 80mA/cm2 και η μέγιστη μπορεί να φτάσει τα 130mA/cm2.Ορισμένες εταιρείες στη Γαλλία και την Ιαπωνία χρησιμοποιούν τη μέθοδο κυκλοφορίας του πολτού ψευδαργύρου για την παραγωγή δευτερογενούς ρεύματος ψευδαργύρου-αέρα και η ανάκτηση των δραστικών ουσιών πραγματοποιείται εκτός της μπαταρίας, με την πραγματική ειδική ενέργεια 115 W · h/kg

Τα κύρια πλεονεκτήματα της μπαταρίας μετάλλου-αέρα:

1) Υψηλότερη ειδική ενέργεια.Δεδομένου ότι το ενεργό υλικό που χρησιμοποιείται στο ηλεκτρόδιο αέρα είναι το οξυγόνο του αέρα, είναι ανεξάντλητο.Θεωρητικά, η χωρητικότητα του θετικού ηλεκτροδίου είναι άπειρη.Επιπλέον, το ενεργό υλικό βρίσκεται εκτός της μπαταρίας, επομένως η θεωρητική ειδική ενέργεια της μπαταρίας αέρα είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του γενικού ηλεκτροδίου μεταλλικού οξειδίου.Η θεωρητική ειδική ενέργεια της μεταλλικής μπαταρίας αέρα είναι γενικά μεγαλύτερη από 1000 W · h/kg, η οποία ανήκει στο χημικό τροφοδοτικό υψηλής ενέργειας.
(2) Η τιμή είναι φθηνή.Η μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα δεν χρησιμοποιεί ακριβά πολύτιμα μέταλλα ως ηλεκτρόδια και τα υλικά της μπαταρίας είναι κοινά υλικά, επομένως η τιμή είναι φθηνή.
(3) Σταθερή απόδοση.Συγκεκριμένα, η μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα μπορεί να λειτουργήσει με υψηλή πυκνότητα ρεύματος μετά τη χρήση ηλεκτροδίου πορώδους ψευδαργύρου και αλκαλικού ηλεκτρολύτη.Εάν χρησιμοποιείται καθαρό οξυγόνο για την αντικατάσταση του αέρα, η απόδοση εκκένωσης μπορεί επίσης να βελτιωθεί σημαντικά.Σύμφωνα με τον θεωρητικό υπολογισμό, η πυκνότητα ρεύματος μπορεί να αυξηθεί κατά περίπου 20 φορές.

Η μπαταρία μετάλλου-αέρα έχει τα ακόλουθα μειονεκτήματα:

1）, η μπαταρία δεν μπορεί να σφραγιστεί, κάτι που είναι εύκολο να προκαλέσει το στέγνωμα και την ανύψωση του ηλεκτρολύτη, επηρεάζοντας τη χωρητικότητα και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.Εάν χρησιμοποιείται αλκαλικός ηλεκτρολύτης, είναι επίσης εύκολο να προκληθεί ενανθράκωση, αυξάνοντας την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας και επηρεάζοντας την εκφόρτιση.
2), η απόδοση αποθήκευσης σε υγρή κατάσταση είναι κακή, επειδή η διάχυση του αέρα στη μπαταρία στο αρνητικό ηλεκτρόδιο θα επιταχύνει την αυτοεκφόρτιση του αρνητικού ηλεκτροδίου.
3), η χρήση πορώδους ψευδάργυρου ως αρνητικού ηλεκτροδίου απαιτεί ομογενοποίηση υδραργύρου.Ο υδράργυρος όχι μόνο βλάπτει την υγεία των εργαζομένων, αλλά και ρυπαίνει το περιβάλλον και πρέπει να αντικατασταθεί από αναστολέα διάβρωσης που δεν περιέχει υδράργυρο.

Η μπαταρία μετάλλου-αέρα είναι ένα ενεργό υλικό που χρησιμοποιεί μέταλλα με αρνητικό δυναμικό ηλεκτροδίου, όπως μαγνήσιο, αλουμίνιο, ψευδάργυρο, υδράργυρο και σίδηρο, ως αρνητικό ηλεκτρόδιο και οξυγόνο ή καθαρό οξυγόνο στον αέρα ως θετικό ηλεκτρόδιο.Το υδατικό διάλυμα αλκαλικού ηλεκτρολύτη χρησιμοποιείται γενικά ως το διάλυμα ηλεκτρολύτη της μπαταρίας μετάλλου-αέρα.Εάν ως αρνητικό ηλεκτρόδιο χρησιμοποιούνται λίθιο, νάτριο, ασβέστιο κ.λπ. με περισσότερο αρνητικό δυναμικό ηλεκτροδίων, επειδή μπορούν να αντιδράσουν με το νερό, μόνο μη υδατικός οργανικός ηλεκτρολύτης όπως στερεός ηλεκτρολύτης ανθεκτικός στη φαινόλη ή ανόργανος ηλεκτρολύτης όπως διάλυμα άλατος LiBF4 μπορεί να να χρησιμοποιηθεί.

Μπαταρία μαγνησίου-αέρα

Οποιοδήποτε ζεύγος μετάλλου με αρνητικό δυναμικό ηλεκτροδίου και ηλεκτρόδιο αέρα μπορεί να σχηματίσει την αντίστοιχη μπαταρία μετάλλου-αέρα.Το δυναμικό ηλεκτροδίου του μαγνησίου είναι σχετικά αρνητικό και το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο είναι σχετικά μικρό.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σύζευξη με το ηλεκτρόδιο αέρα για να σχηματιστεί μια μπαταρία αέρα μαγνησίου.Το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο του μαγνησίου είναι 0,454 g/(A · h) Ф=- 2,69 V. Η θεωρητική ειδική ενέργεια της μπαταρίας μαγνησίου-αέρα είναι 3910 W · h/kg, δηλαδή 3 φορές μεγαλύτερη από αυτήν της μπαταρίας ψευδαργύρου-αέρα και 5~ 7 φορές από αυτή της μπαταρίας λιθίου.Ο αρνητικός πόλος της μπαταρίας μαγνησίου-αέρα είναι το μαγνήσιο, ο θετικός πόλος είναι το οξυγόνο στον αέρα, ο ηλεκτρολύτης είναι διάλυμα ΚΟΗ και το διάλυμα ουδέτερου ηλεκτρολύτη μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί.
Η μεγάλη χωρητικότητα της μπαταρίας, η δυνατότητα χαμηλού κόστους και η ισχυρή ασφάλεια είναι τα βασικά πλεονεκτήματα των μπαταριών ιόντων μαγνησίου.Το δισθενές χαρακτηριστικό του ιόντος μαγνησίου καθιστά δυνατή τη μεταφορά και αποθήκευση περισσότερων ηλεκτρικών φορτίων, με θεωρητική ενεργειακή πυκνότητα 1,5-2 φορές μπαταρία λιθίου.Ταυτόχρονα, το μαγνήσιο εκχυλίζεται εύκολα και διανέμεται ευρέως.Η Κίνα έχει ένα απόλυτο πλεονέκτημα προικοδότησης πόρων.Μετά την κατασκευή της μπαταρίας μαγνησίου, το πιθανό πλεονέκτημα κόστους και η ιδιότητα ασφάλειας των πόρων είναι υψηλότερα από την μπαταρία λιθίου.Όσον αφορά την ασφάλεια, ο δενδρίτης μαγνησίου δεν θα εμφανιστεί στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας ιόντων μαγνησίου κατά τη διάρκεια του κύκλου φόρτισης και εκφόρτισης, γεγονός που μπορεί να αποτρέψει την ανάπτυξη δενδρίτη λιθίου στην μπαταρία λιθίου να τρυπήσει το διάφραγμα και να προκαλέσει βραχυκύκλωμα, πυρκαγιά και έκρηξη.Τα παραπάνω πλεονεκτήματα κάνουν την μπαταρία μαγνησίου να έχει μεγάλες προοπτικές και δυνατότητες ανάπτυξης.

Όσον αφορά την τελευταία εξέλιξη των μπαταριών μαγνησίου, το Ινστιτούτο Ενέργειας Qingdao της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών έχει σημειώσει καλή πρόοδο στις δευτερεύουσες μπαταρίες μαγνησίου.Προς το παρόν, έχει σπάσει το τεχνικό σημείο συμφόρησης στη διαδικασία κατασκευής δευτερογενών μπαταριών μαγνησίου και έχει αναπτύξει ένα ενιαίο στοιχείο με ενεργειακή πυκνότητα 560 Wh/kg.Ένα ηλεκτρικό όχημα με πλήρη μπαταρία αέρα μαγνησίου που αναπτύχθηκε στη Νότια Κορέα μπορεί να διανύσει με επιτυχία 800 χιλιόμετρα, που είναι τέσσερις φορές η μέση αυτονομία των σημερινών οχημάτων με μπαταρία λιθίου.Ένας αριθμός ιαπωνικών ιδρυμάτων, συμπεριλαμβανομένων των Kogawa Battery, Nikon, Nissan Automobile, Tohoku University of Japan, Rixiang City, Miyagi Prefecture και άλλων βιομηχανικών-πανεπιστημιακών-ερευνητικών ιδρυμάτων και κυβερνητικών υπηρεσιών προωθούν ενεργά την έρευνα μεγάλης χωρητικότητας της μπαταρίας αέρα μαγνησίου.Ο Zhang Ye, η ερευνητική ομάδα του Modern Engineering College του Πανεπιστημίου Nanjing, και άλλοι σχεδίασαν έναν ηλεκτρολύτη γέλης διπλής στρώσης, ο οποίος πραγματοποίησε την προστασία της μεταλλικής ανόδου μαγνησίου και τη ρύθμιση των προϊόντων εκκένωσης και απέκτησε μια μπαταρία αέρα μαγνησίου με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα ( 2282 W h · kg-1, με βάση την ποιότητα όλων των ηλεκτροδίων αέρα και των αρνητικών ηλεκτροδίων μαγνησίου), η οποία είναι πολύ υψηλότερη από την μπαταρία αέρα μαγνησίου με τις στρατηγικές κράματος ανόδου και αντιδιαβρωτικού ηλεκτρολύτη στην τρέχουσα βιβλιογραφία.
Σε γενικές γραμμές, η μπαταρία μαγνησίου βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της προκαταρκτικής εξερεύνησης προς το παρόν, και υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος για την προώθηση και εφαρμογή μεγάλης κλίμακας.