铝电池铝电池产业化的难题与对策

铝电池虽研究较多，但却没有一种能真正实现工业产业化，究其原因有三点 ：

(1)铝容易形成致密的氧化膜，使铝电极电位迅速下降；

(2)铝较活泼且是两性元素，容易与介质发生严重析氢反应；

(3)碱性介质中，铝阳极成流反应和腐蚀反应产物均为AI(OH)3，不但降低电解质电导率而且增加铝阳极极化，使得铝电池性能恶化，生成的胶状AI(OH)3在无催化剂条件下很难转化为可溶于水的AI(OH)₄-。

当前解决上述问题一般从以下三点出发：

(1)从铝合金本身出发，添加合金元素如In，Mn，Mg，Zn，Ga，Sn，T1等，改善铝合金阳极性能，使得铝在反应介质中得到活化；

(2)从反应介质出发，在反应介质中加入可降低铝阳极析氢速率的添加剂；

(3)从电池体结构出发，改善电池透气和排液结构，或设计为电解质循环结构。

铝是理想的阳极材料，目前有多种铝电池，例如：

铝电池AL/空气型

AL/空气型电池是一种新型高比能电池,铝以其独特的优势，将成为金属/空气电池阳极的首选材料。

AL/空气型电池中，铝合金负极在电池放电时不断消耗，并生成AL(OH)₃；正极是多孔性氧电极。电池放电时，从外界进入电极的氧(空气)发生电化学反应，生成OH。从可充电性来看，该电池可分为一次电池和机械可充的二次电池（即更换铝负极)，电解液可分为中性溶液(NaCI或NHC1水溶液或海水)和碱性溶液。

Al/空气型电池可设计成应急电源、电动车用电源以及信号电源等。作为推进器用一次电源，具有高达300-400Wh/kg的实际比能量，远高于其他金属/空气电池J。电池结构和使用的原材料可根据实用环境和要求而变动，具有很大的适应性。但其组装的复杂性可能会阻碍其发展，通过合理的工艺改善其电池结构，提高其性能，将使得铝/空气电池取得进一步的发展。

铝电池熔盐铝型

铝在高温条件下具有较高电负性，是理想的熔盐体系电池电极材料。与水溶液电解质相比，熔盐电解质的优点主要为有高的电导率，低的极化率和高分解电势。而且铝在熔盐电解质中可发生电化学沉积，故可开发为铝二次电池。铝熔盐二次电池具有较高能量密度，但电池工作电压不高，且充电过程中铝容易形成铝支晶导致循环充放电性能不佳，过分的依赖于熔盐的组成。熔盐电解质需要高温或对环境要求苛刻，且成本较高难于维护，限制了铝二次电池的发展。

除此之外，还有其他铝电池，包括AL/AgO、AL/MnO2、Al/H2O2、Al/S、AL/MnO4、AL/Ni、AI/KFe(CN)6等。

铝含量丰富且价格低廉，铝电池性能优秀且对环境友好，其产物无毒可用于其他工业用途而无需特别处理，是理想的电池体系；在当前资源匮乏，环境日益恶化的的情况下，铝电池的研究对于可持续发展有着重要意义。但铝电极在放电介质中的极化和寄生腐蚀反应等问题，严重地制约了铝电池的发展。通过铝合金阳极的微合金化，对电解质及电池结构研究的不断深入将逐渐推动铝电池体系发展。铝电池具有广阔的发展前景。

2014年,新研制的一种以铝为材质的金属复合燃料电池已经在电动汽车上开始试验,效果良好。业内分析认为,铝电池概念有望受到市场关注。报道称,据该项新发明的专利持有人介绍,与传统电池相比,该电池有3个特点,一是在世界上独创了以流动的液体作为正极材料,电流和功率较大,可以做到千、万安培级；二是以铝作为材料,并解决了铝的自腐问题,在世界上首次实现了铝的大电流应用；三是不需要充电桩,仅仅需要加入含固体的电池水,可以不受时间和空间的限制。据深圳发明家协会相关专家介绍,该项目标志着我国新能源领域又将迈上一个新的台阶,并可大大减少对石油的依赖和环境的污染。前期已经在电动叉车上应用,效果非常好,未来投入工业生产后,适用范围广。

2015年4月6日，国际顶级学术刊物《Nature》在线发表了鲁兵安(四位共同第一作者之一)的论文《快速充放电铝离子电池》。鲁兵安等人用石墨作为正极材料，并用一种相当于盐溶液的离子液体作为电解液，从而解决了铝电池研究在材料上的瓶颈问题。过去在iphone等使用锂电池的手机上，需要1个小时才能完成的充电量，在该铝电池上1分钟即可完成。