Метало-повітряна батарея — це активний матеріал, який використовує метали з негативним електродним потенціалом, такі як магній, алюміній, цинк, ртуть і залізо, як негативний електрод, і кисень або чистий кисень у повітрі як позитивний електрод.Цинк-повітряна батарея є найбільш дослідженою та широко використовуваною батареєю в серії метало-повітряних батарей.За останні 20 років вчені провели багато досліджень вторинної цинк-повітряної батареї.Японська корпорація Sanyo випустила вторинну повітряно-цинкову батарею великої ємності.Методом повітряно-електрогідравлічної циркуляції сил розроблено цинк-повітряний акумулятор для трактора напругою 125 В і ємністю 560 А·год.Повідомляється, що він застосовувався в транспортних засобах, і його щільність струму розряду може досягати 80 мА/см2, а максимальна може досягати 130 мА/см2.Деякі компанії у Франції та Японії використовують метод циркуляції цинкового шламу для отримання цинк-повітряного вторинного струму, а відновлення активних речовин здійснюється поза акумулятором, з фактичною питомою енергією 115 Вт·год/кг

Основні переваги метало-повітряного акумулятора:

1) Вища питома енергія.Оскільки активним матеріалом повітряного електрода є кисень повітря, він є невичерпним.Теоретично ємність позитивного електрода нескінченна.Крім того, активний матеріал знаходиться поза батареєю, тому теоретична питома енергія повітряної батареї набагато більша, ніж у звичайного металооксидного електрода.Теоретична питома енергія металевої повітряної батареї, як правило, перевищує 1000 Вт · год/кг, що відноситься до високоенергетичного хімічного джерела живлення.
(2) Ціна дешева.Повітряно-цинкова батарея не використовує дорогі дорогоцінні метали як електроди, а матеріали батареї є звичайними матеріалами, тому ціна низька.
(3) Стабільна продуктивність.Зокрема, повітряно-цинкова батарея може працювати при високій щільності струму після використання порошкового пористого цинкового електрода та лужного електроліту.Якщо замість повітря використовувати чистий кисень, продуктивність розряду також може бути значно покращена.Згідно з теоретичним розрахунком, щільність струму можна збільшити приблизно в 20 разів.

Метало-повітряний акумулятор має наступні недоліки:

1), батарею неможливо запечатати, що може спричинити висихання та підвищення рівня електроліту, що впливає на ємність і термін служби батареї.Якщо використовується лужний електроліт, також легко спричинити карбонізацію, збільшуючи внутрішній опір батареї та впливаючи на розряд.
2), ефективність зберігання у вологому стані є поганою, оскільки дифузія повітря в акумуляторі до негативного електрода прискорить саморозряд негативного електрода.
3), використання пористого цинку як негативного електрода вимагає гомогенізації ртуті.Ртуть не тільки шкодить здоров’ю працівників, але й забруднює навколишнє середовище, тому її необхідно замінити інгібітором корозії, що не містить ртуті.

Метало-повітряна батарея — це активний матеріал, який використовує метали з негативним електродним потенціалом, такі як магній, алюміній, цинк, ртуть і залізо, як негативний електрод, і кисень або чистий кисень у повітрі як позитивний електрод.Водний розчин лужного електроліту зазвичай використовується як розчин електроліту металево-повітряної батареї.Якщо літій, натрій, кальцій тощо з більшим негативним потенціалом електрода використовуються як негативний електрод, оскільки вони можуть реагувати з водою, лише неводний органічний електроліт, такий як стійкий до фенолу твердий електроліт, або неорганічний електроліт, такий як розчин солі LiBF4, може бути використаним.

Магнієво-повітряний акумулятор

Будь-яка пара металу з негативним електродним потенціалом і повітряного електрода може утворити відповідну метало-повітряну батарею.Електродний потенціал магнію відносно негативний, а електрохімічний еквівалент відносно малий.Його можна використовувати для з’єднання з повітряним електродом для формування повітряно-магнієвої батареї.Електрохімічний еквівалент магнію становить 0,454 г/(А · год) Ф=- 2,69 В。 Теоретична питома енергія повітряно-магнієвої батареї становить 3910 Вт · год/кг, що в 3 рази більше, ніж у повітряно-цинкової батареї, і в 5~ У 7 разів більше, ніж у літієвої батареї.Негативним полюсом магнієво-повітряної батареї є магній, позитивним полюсом є кисень повітря, електролітом є розчин КОН, також можна використовувати нейтральний розчин електроліту.
Велика ємність батареї, низька вартість і висока безпека є ключовими перевагами іонно-магнієвих батарей.Двовалентна характеристика іонів магнію дозволяє переносити та зберігати більше електричних зарядів із теоретичною щільністю енергії, що в 1,5-2 рази перевищує щільність літієвої батареї.У той же час магній легко витягується і широко поширений.Китай має абсолютну перевагу в забезпеченні ресурсами.Після виготовлення магнієвої батареї її потенційна перевага в ціні та атрибут безпеки ресурсів вищі, ніж у літієвої батареї.З точки зору безпеки, магнієвий дендрит не з’являтиметься на негативному полюсі магнієво-іонного акумулятора під час циклу заряджання та розряджання, що може запобігти розростанню літієвого дендриту в літієвому акумуляторі, що може пробити діафрагму та спричинити коротке замикання, пожежу та вибух.Перераховані вище переваги роблять магнієву батарею великими перспективами розвитку та потенціалом.

Що стосується останніх розробок магнієвих батарей, Інститут енергетики Циндао Китайської академії наук досяг значного прогресу в магнієвих вторинних батареях.На даний момент компанія подолала технічну перешкоду в процесі виробництва вторинних магнієвих акумуляторів і розробила одну комірку з щільністю енергії 560 Вт-год/кг.Електромобіль із повністю магнієвою повітряною батареєю, розробленою в Південній Кореї, може успішно проїхати 800 кілометрів, що в чотири рази перевищує середній запас ходу сучасних транспортних засобів, що працюють на літієвих батареях.Низка японських установ, у тому числі Kogawa Battery, Nikon, Nissan Automobile, Японський університет Тохоку, місто Рісян, префектура Міягі та інші галузеві університетські дослідницькі установи та державні департаменти, активно сприяють дослідженню повітряно-магнієвої батареї великої ємності.Чжан Є, дослідницька група Сучасного інженерного коледжу Нанкінського університету та інші розробили двошаровий гелевий електроліт, який реалізував захист металевого магнієвого анода та регулювання продуктів розряду, і отримав повітряно-магнієву батарею з високою щільністю енергії ( 2282 Вт·год · кг-1, виходячи з якості всіх повітряних електродів і магнієвих негативних електродів), що набагато вище, ніж повітряно-магнієва батарея зі стратегіями легування анода та антикорозійного електроліту в поточній літературі.
Загалом магнієва батарея все ще перебуває на стадії попереднього дослідження, і попереду ще довгий шлях до широкомасштабного просування та застосування.