金屬空氣電池是最輕和能量密度最高的電化學(xué)存儲裝置之一。它們使用由純金屬制成的陽極和使用空氣中氧氣的陰極。金屬空氣電池通常是主要（不可充電）一次性電池。在放電期間，在陽極處發(fā)生氧化反應(yīng)并在陰極處發(fā)生還原反應(yīng)，其包含允許來自空氣的氧成為反應(yīng)物的多孔膜。電解質(zhì)（通常是含水的）允許在放電期間將離子從陰極轉(zhuǎn)移到陽極。

    鋁很有意思

    由于幾個(gè)原因，鋁空氣電池特別有趣。能量密度（瓦特小時(shí)/千克）是目前生產(chǎn)的鋰離子電池的五到十倍。用于陽極的鋁金屬非常輕，并且由于陰極是空氣，整個(gè)封裝可以比大多數(shù)其他電池類型輕得多。鋁也很便宜 - 特別是與鋰的成本上升相比。鋁制空氣電池已被用作電動車輛的實(shí)驗(yàn)范圍擴(kuò)展器，補(bǔ)充了內(nèi)置可充電電池。他們還發(fā)現(xiàn)軍用飛機(jī)和水下航行器的用途有限，它們的高功率和重量很大。

    不幸的是，鋁空氣電池也有一些局限性。到目前為止，該設(shè)計(jì)僅適用于非充電電池。在鋁陽極與電解質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)期間，鋁被轉(zhuǎn)化成不再參與反應(yīng)的水合氧化鋁。正在開發(fā)可更換的鋁陽極電極，以使電池具有一個(gè)以上的使用壽命。

    失去他們的魔力

    鋁制空氣電池的另一個(gè)問題是它們失去電荷的速度有多快。電池可以在未使用狀態(tài)下長時(shí)間存放。然而，一旦打開它們，它們就會很快開始降解。在一個(gè)月的儲存后，典型的商用鋰離子電池可能會損失約5％的電量，鋁電池在同一時(shí)間內(nèi)將損失約80％的電量，因?yàn)殡娊赓|(zhì)會與鋁陽極發(fā)生反應(yīng)。

    已經(jīng)嘗試了幾種方法來減少鋁陽極的腐蝕反應(yīng)。例如，電解質(zhì)配方的變化可以減少材料的劣化，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電池配方的功率輸出大大降低。其他人嘗試在不使用電池時(shí)將電解液泵出電池，并在需要電池電源時(shí)將其泵回。這種方法有效，但鋁腐蝕產(chǎn)品通常會堵塞泵送電解液的管道系統(tǒng)。

    麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)建立了電解質(zhì)泵送概念，新系統(tǒng)在不使用電池時(shí)在鋁陽極和電解質(zhì)之間引入了油屏障。當(dāng)電池接通電源時(shí)，它會將油泵出。在麻省理工學(xué)院的新聞發(fā)布會上，新系統(tǒng)報(bào)告的每月能耗僅為0.02％。

    油和鋁

    根據(jù)麻省理工學(xué)院的新聞稿，“新系統(tǒng)的關(guān)鍵是放置在電池電極之間的薄膜。當(dāng)使用電池時(shí)，膜的兩側(cè)都填充有液體電解質(zhì)。但是當(dāng)電池處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，油會被泵入最靠近鋁電極的一側(cè)，從而保護(hù)鋁表面免受膜另一側(cè)電解液的影響。

    鋁具有另一種利用MIT電池的特性：它具有親水性（吸水性）。當(dāng)水性（水基）電解質(zhì)在再活化時(shí)被泵回到電池中時(shí)，電解質(zhì)容易置換油。由于鋁的特性被稱為“水下疏油性”，鋁被從鋁表面排斥 - 當(dāng)鋁浸入水中時(shí)，它從表面排斥油。

    雖然金屬空氣電池可以由多種金屬制成，例如鈉，鋰，鎂，鋅或鐵，但鋁是優(yōu)選的選擇。在新聞發(fā)布會上，麻省理工學(xué)院工程學(xué)教授Douglas P. Hart解釋說，除了成本低之外，鋁是我們所知道的“最高化學(xué)能密度儲存材料之一。”哈特繼續(xù)說許多專家我認(rèn)為鋁制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。

    哈特認(rèn)為，新的麻省理工學(xué)院系統(tǒng)將有各種重要的應(yīng)用。在現(xiàn)有版本中，他解釋說，“你可以沖洗它并延遲這個(gè)過程，但是你無法真正關(guān)閉它。”然而，如果使用麻省理工學(xué)院的新系統(tǒng)，例如，作為汽車的增程器，你可以使用它然后拉進(jìn)你的車道并停放一個(gè)月，然后回來并仍然期望它有一個(gè)可用的電池......我真的認(rèn)為這是一個(gè)改變游戲規(guī)則的電池。“