Die Metall-Luft-Batterie ist ein aktives Material, das Metalle mit negativem Elektrodenpotential wie Magnesium, Aluminium, Zink, Quecksilber und Eisen als negative Elektrode und Sauerstoff oder reinen Luftsauerstoff als positive Elektrode verwendet.Die Zink-Luft-Batterie ist die am besten erforschte und am weitesten verbreitete Batterie in der Metall-Luft-Batterieserie.In den letzten 20 Jahren haben Wissenschaftler viel über sekundäre Zink-Luft-Batterien geforscht.Die japanische Sanyo Corporation hat eine Zink-Luft-Sekundärbatterie mit großer Kapazität hergestellt.Die Zink-Luft-Batterie für Traktoren mit einer Spannung von 125 V und einer Kapazität von 560 A · h wurde unter Verwendung der Methode des Luft- und elektrohydraulischen Kraftumlaufs entwickelt.Es wird berichtet, dass es in Fahrzeugen eingesetzt wurde und seine Entladungsstromdichte 80 mA/cm2 und das Maximum 130 mA/cm2 erreichen kann.Einige Unternehmen in Frankreich und Japan verwenden das Zirkulationsverfahren von Zinkschlamm zur Erzeugung von Zink-Luft-Sekundärstrom, und die Rückgewinnung von Wirkstoffen erfolgt außerhalb der Batterie mit einer tatsächlichen spezifischen Energie von 115 W · h/kg

Hauptvorteile der Metall-Luft-Batterie:

1) Höhere spezifische Energie.Da das in der Luftelektrode verwendete aktive Material Luftsauerstoff ist, ist es unerschöpflich.Theoretisch ist die Kapazität der positiven Elektrode unendlich.Außerdem befindet sich das aktive Material außerhalb der Batterie, sodass die theoretische spezifische Energie der Luftbatterie viel größer ist als die der allgemeinen Metalloxidelektrode.Die theoretische spezifische Energie der Metall-Luft-Batterie beträgt im Allgemeinen mehr als 1000 W · h / kg, was zur hochenergetischen chemischen Stromversorgung gehört.
(2) Der Preis ist günstig.Die Zink-Luft-Batterie verwendet keine teuren Edelmetalle als Elektroden, und die Batteriematerialien sind übliche Materialien, daher ist der Preis günstig.
(3) Stabile Leistung.Insbesondere kann die Zink-Luft-Batterie nach Verwendung einer pulverporösen Zinkelektrode und eines alkalischen Elektrolyten bei einer hohen Stromdichte arbeiten.Wenn anstelle von Luft reiner Sauerstoff verwendet wird, kann die Entladungsleistung ebenfalls stark verbessert werden.Nach theoretischer Berechnung kann die Stromdichte um das etwa 20-fache erhöht werden.

Die Metall-Luft-Batterie hat folgende Nachteile:

1）, die Batterie kann nicht versiegelt werden, was leicht zum Austrocknen und Aufsteigen des Elektrolyten führen kann, was die Kapazität und Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt.Wenn ein alkalischer Elektrolyt verwendet wird, kann es auch leicht zu Karbonisierung kommen, was den Innenwiderstand der Batterie erhöht und die Entladung beeinträchtigt.
2）, die Nassspeicherleistung ist schlecht, da die Diffusion von Luft in der Batterie zur negativen Elektrode die Selbstentladung der negativen Elektrode beschleunigt.
3） erfordert die Verwendung von porösem Zink als negative Elektrode eine Quecksilberhomogenisierung.Quecksilber schadet nicht nur der Gesundheit der Arbeiter, sondern verschmutzt auch die Umwelt und muss durch quecksilberfreie Korrosionsschutzmittel ersetzt werden.

Die Metall-Luft-Batterie ist ein aktives Material, das Metalle mit negativem Elektrodenpotential wie Magnesium, Aluminium, Zink, Quecksilber und Eisen als negative Elektrode und Sauerstoff oder reinen Luftsauerstoff als positive Elektrode verwendet.Als Elektrolytlösung einer Metall-Luft-Batterie wird allgemein eine wässrige alkalische Elektrolytlösung verwendet.Wenn Lithium, Natrium, Calcium usw. mit negativerem Elektrodenpotential als negative Elektrode verwendet werden, weil sie mit Wasser reagieren können, können dies nur nicht-wässrige organische Elektrolyte wie phenolbeständige Festelektrolyte oder anorganische Elektrolyte wie LiBF4-Salzlösung verwendet werden.

Magnesium-Luft-Batterie

Jedes Paar aus Metall mit negativem Elektrodenpotential und Luftelektrode kann eine entsprechende Metall-Luft-Batterie bilden.Das Elektrodenpotential von Magnesium ist relativ negativ und das elektrochemische Äquivalent ist relativ klein.Es kann zur Paarung mit der Luftelektrode verwendet werden, um eine Magnesium-Luft-Batterie zu bilden.Das elektrochemische Äquivalent von Magnesium beträgt 0,454 g/(A · h) Ф=- 2,69 V。 Die theoretische spezifische Energie einer Magnesium-Luft-Batterie beträgt 3910 W · h/kg, was dem Dreifachen der Zink-Luft-Batterie und 5~ entspricht 7-mal so hoch wie bei einer Lithium-Batterie.Der negative Pol der Magnesium-Luft-Batterie ist Magnesium, der positive Pol ist Sauerstoff in der Luft, der Elektrolyt ist KOH-Lösung, und die neutrale Elektrolytlösung kann ebenfalls verwendet werden.
Große Batteriekapazität, niedriges Kostenpotenzial und starke Sicherheit sind die Hauptvorteile von Magnesium-Ionen-Batterien.Die zweiwertige Eigenschaft von Magnesiumionen ermöglicht es, mehr elektrische Ladungen zu transportieren und zu speichern, mit einer theoretischen Energiedichte von 1,5-2 Mal einer Lithiumbatterie.Gleichzeitig ist Magnesium leicht zu extrahieren und weit verbreitet.China hat einen absoluten Ressourcenausstattungsvorteil.Nach der Herstellung einer Magnesiumbatterie sind ihr potenzieller Kostenvorteil und ihr Ressourcensicherheitsattribut höher als bei Lithiumbatterien.In Bezug auf die Sicherheit erscheint Magnesiumdendrit während des Lade- und Entladezyklus nicht am Minuspol der Magnesiumionenbatterie, wodurch verhindert werden kann, dass das Wachstum von Lithiumdendriten in der Lithiumbatterie die Membran durchbohrt und die Batterie kurzschließt, brennt und Explosion.Die oben genannten Vorteile verleihen Magnesiumbatterien große Entwicklungsperspektiven und Potenzial。

In Bezug auf die neueste Entwicklung von Magnesiumbatterien hat das Qingdao Institute of Energy der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gute Fortschritte bei Magnesium-Sekundärbatterien gemacht.Derzeit hat es den technischen Engpass im Herstellungsprozess von Magnesium-Sekundärbatterien durchbrochen und eine Einzelzelle mit einer Energiedichte von 560 Wh/kg entwickelt.Ein Elektrofahrzeug mit einer in Südkorea entwickelten vollständigen Magnesium-Luft-Batterie kann erfolgreich 800 Kilometer fahren, was das Vierfache der durchschnittlichen Reichweite aktueller Lithium-Batterie-betriebener Fahrzeuge ist.Eine Reihe japanischer Institutionen, darunter Kogawa Battery, Nikon, Nissan Automobile, Tohoku University of Japan, Rixiang City, Präfektur Miyagi, und andere Industrie-Universitäts-Forschungseinrichtungen und Regierungsabteilungen fördern aktiv die großvolumige Forschung von Magnesium-Luft-Batterien.Zhang Ye, die Forschungsgruppe des Modern Engineering College der Nanjing University, und andere entwarfen einen doppelschichtigen Gelelektrolyten, der den Schutz der Magnesiummetallanode und die Regulierung von Entladungsprodukten verwirklichte, und erhielten eine Magnesium-Luft-Batterie mit hoher Energiedichte ( 2282 W h · kg-1, basierend auf der Qualität aller Luftelektroden und Magnesium-Minuselektroden), was weitaus höher ist als die Magnesium-Luft-Batterie mit den Strategien der Legierung von Anode und Korrosionsschutzelektrolyt in der aktuellen Literatur.
Generell befindet sich die Magnesiumbatterie derzeit noch in der vorläufigen Erforschungsphase und bis zur großflächigen Förderung und Anwendung ist noch ein weiter Weg zu gehen.