鉅大LARGE | 點擊量：319次 | 2023年10月13日
Jülich和ORNL合作研發(fā)鐵-空氣電池 電極積聚物可提升電池容量
據(jù)外媒報道，鐵-空氣電池（Iron–airbatteries）的能量密度要遠高于當前的鋰電池。此外，其重要構(gòu)成物"鐵"的儲量十分富足，該材料的價格也很便宜。為此，于利希研究中心（ForschungszentrumJülich）也致力于重新研究該鐵-空氣電池這一理念（上世紀70年代就已提出）。
由于技術(shù)難題難以攻克，自上世紀80年代起，金屬-空氣電池的研究被棄置了很長一段時間。然而，最近數(shù)年來，該領(lǐng)域的研發(fā)興趣越來越大。鐵-空氣電池的通過鐵和氧的反應(yīng)來獲得能量。在反應(yīng)過程中，鐵氧化過程和生銹過程幾乎相同。該反應(yīng)要周邊空氣內(nèi)的氧氣參和反應(yīng)，這樣就無需考慮電池的氧氣存儲問題。由于可節(jié)省材料成本，使得研究機構(gòu)紛紛開始研發(fā)鐵-空氣電池。
于利希研究中心和美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）已成功觀測到電池運行期間鐵電極上的積聚物是如何形成的，其觀測精度可達納米級。若欲進一步研發(fā)鐵-空氣電池并達到市場成熟水平，對其充放電反應(yīng)的深入了解就顯得至關(guān)重要了，該研究成果已發(fā)表在期刊《納米能源（Nano）》中。
據(jù)估計，鐵-空氣電池能量密度的理論值在1200Wh/kg，相較之下，當前鋰電池的能量密度約為600Wh/kg，若將電芯外殼的重量納入考慮，其能量密度將低于350Wh/kg。
鋰-空氣電池的最大能量密度將達到11400Wh/kg，但其技術(shù)難度極大、復(fù)雜性較高。然而，假如按體積能量密度來比對，鐵-空氣電池的表現(xiàn)則更好：9700Wh/l，幾乎是當前鋰電池（2000Wh/l）體積能量密度的5倍，鋰-空氣電池的體積能量密度"僅為"6000Wh/l。有關(guān)眾多移動設(shè)備而言，鐵-空氣電池的吸引力依然很大，因為體積（空間）要求也成為了移動應(yīng)用的一項重要參數(shù)指標。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
于利希研究中心采用了美國橡樹嶺國家實驗室納米材料科學(xué)中心（CenterforNanophaseMaterialsSciences）的原位電化學(xué)原子力顯微鏡（insituelectrochemicalatomicforcemicroscopes）對鐵-空氣電池的充放電情況進行觀察，并確認氧化鐵顆粒（Fe(OH)2）是如何形成于鐵電極之上的。
（電極）積聚物提升電池容量
積聚物并不會降低電池的容量，恰恰相反，納米多孔層（nanoporouslayer）會增大電極的活性表面積（activesurfacearea），在充放電周期后，其電池容量會小幅提升。得益于該研究調(diào)查，研究人員首次獲得了納米多孔層增生的清晰脈絡(luò)圖。
然而，距該產(chǎn)品的市場成熟尚有一段時間。研究人員在實驗室內(nèi)進行了數(shù)千次的充放電試驗，盡管鐵質(zhì)孤島電極（isolatedelectrodes）在運行時并未出現(xiàn)較大的能量損失，但鐵-空氣電池在采用空氣電極作為電池的另一極后，充放電次數(shù)卻只維持在20-30次。
該實驗結(jié)果被劃歸到高溫及高能量密度材料的研究項目范疇內(nèi)，該項目獲得了德國聯(lián)邦研究教育部（GermanFederalMinistryofEducationandResearch）的資金支持。
未來，美國橡樹嶺國家實驗室和于利希研究中心或?qū)⒑炗喓献鲄f(xié)議，因為雙方自2008年后就加強了在各個科研領(lǐng)域內(nèi)的研究。（本文圖片選自于利希研究中心官網(wǎng)）
