唐云晴,陳興元,徐 錚,劉晨帆,張亮亮,劉平安

(哈爾濱工程大學(xué) 航天與建筑工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱,150001)

0 引言

隨著海洋勘探、海底資源開發(fā)和水下無人系統(tǒng)的發(fā)展,對能量密度高、壽命長及可重復(fù)使用的水下電源的需求也日益增加。近些年,應(yīng)用于水下裝置的儲能電池吸引了諸多學(xué)者的注意力。Li 離子電池作為現(xiàn)今被廣泛應(yīng)用的一種可重復(fù)充電電池,展現(xiàn)出高能量密度和良好的穩(wěn)定性,但是其造價(jià)高、安全性低等問題仍有待解決[1-2]。Na-S 電池解決了成本高的問題,但其較高的工作溫度(300 ℃)一定程度上降低了電池的效率并導(dǎo)致電池材料性能退化,從而限制了Na-S 電池的應(yīng)用[3]。Zn 無毒、安全且價(jià)格低廉,但Zn 陽極的不穩(wěn)定性大大限制了其應(yīng)用[4]。Al 作為一種金屬材料,具有高質(zhì)量比容、高體積比容、高電化學(xué)活性及易加工等優(yōu)點(diǎn)。此外,金屬Al 儲量豐富、易獲取,很大程度上降低了電池的成本,所以,Al 是一種很有前景的電池陽極材料。表1 對幾種具有代表性的儲能電池性能進(jìn)行了比較[5-6]。

表1 不同種類儲能電池性能比較Table 1 Comparison of different types of energy storage batteries

近些年,Al 基電池的研究成果不斷出現(xiàn),如Al 離子電池、Al-空氣電池、Al-Cl2電池、Al 熔鹽電池和Al-S 電池等。相比之下,針對于Al-水電池的研究較為缺乏。Al-水電池以Al 合金為陽極,低析氫電位材料為陰極,海水作為氧化劑和電解液,無需攜帶氧氣[5]。電池在工作過程中,不僅產(chǎn)生電能,而且可將在陰極產(chǎn)生的氫氣收集起來,作為原料提供給水下動力推進(jìn)系統(tǒng)的氫氧燃料電池用來產(chǎn)生電能[7]。研究表明,Al-水電池的比能量和比功率分別可達(dá)400～800 Wh/kg 和35～100 W/L[5],可以滿足無人水下航行器(unmanned undersea vehicle,UUV)的航行要求。

針對此,文中從Al-水電池的工作原理,陽極、陰極和電解質(zhì)材料,Al-水電池的應(yīng)用等方面對Al-水電池的研究進(jìn)展以及未來發(fā)展進(jìn)行綜述,可為未來應(yīng)用于UUV、海上浮標(biāo)和水下工作站等水下裝備的Al-水電池研究發(fā)展提供參考。

1 Al-水電池工作原理

如圖1 所示,Al-水電池由Al 合金陽極、析氫材料陰極和海水電解液組成。Al 合金陽極上發(fā)生氧化反應(yīng),金屬和水反應(yīng)釋放電子,化學(xué)反應(yīng)可表達(dá)為

圖1 Al-水電池工作原理Fig.1 Working principle of aluminum-water battery

陰極上有析氫反應(yīng)和氧氣還原反應(yīng)2 種反應(yīng)模式[8]。析氫反應(yīng)模式下,Al 合金陽極上釋放的電子通過外電路遷移至陰極,陰極上的水得到電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,化學(xué)反應(yīng)可表達(dá)為

氧氣還原反應(yīng)模式下,海水中溶解的氧氣被還原成氫氧根離子OH-,反應(yīng)可表達(dá)為

由于氧氣在海水中的溶解度非常低,氧氣還原反應(yīng)生成的電流十分微弱[9],此外,Al-水電池工作環(huán)境多為無氧或氧氣稀缺的深海。所以多數(shù)情況下,反應(yīng)(3)可忽略不計(jì),反應(yīng)(2)則是陰極上的主導(dǎo)反應(yīng)。

Al-水電池的總反應(yīng)為

由上述化學(xué)反應(yīng)和圖1 可看出,1 mol 的Al 單質(zhì)可生成3 mol 的電子,是相同摩爾數(shù)的其他金屬(如Na 等)產(chǎn)生電子數(shù)的3 倍,所以Al-水電池有較高能量比,可用于汽車、軍事及航天等不同領(lǐng)域。

2 Al-水電池關(guān)鍵材料

2.1 Al 陽極

純Al 接觸到空氣或水性電解質(zhì)后,一方面在Al 的表面生成一層致密的氧化物保護(hù)膜,使電位正移,降低Al 的反應(yīng)活性,造成電極鈍化、放電電壓滯后等問題。另一方面,純Al 與堿性電解液接觸會發(fā)生自腐蝕,在Al 陽極的表面產(chǎn)生氫氣,這是個不斷消耗Al 質(zhì)量的過程[10]。此外,純Al 中的Si、Fe 等雜質(zhì)的電化學(xué)活性與Al 相差較大,在Al 的內(nèi)部形成“微電池”,加快Al 的腐蝕速率[11]。解決上述問題的方法之一是向純Al 中添加具有高析氫電位和高反應(yīng)活性的金屬元素使Al 合金化,多元合金中的金屬元素發(fā)揮其特性,在抑制Al 陽極自腐蝕的同時(shí)增加Al 陽極的電化學(xué)反應(yīng)活性。研究表明[12],向純Al 中加入Hg、In、Ga 等元素可以降低陽極極化,提高Al 陽極的利用率;在純Al中加入Zn、Bi、Pb 等高析氫電位元素可以抑制Al 金屬自腐蝕。近年來,針對高性能多元Al 合金陽極的開發(fā)已有很多研究成果。Linjee 等[13]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)化Al-Zn-In 合金顆?？梢蕴岣逜l 合金陽極的電化學(xué)活性,促進(jìn)陽極表面多孔Al2ZnO4薄膜的形成,提高放電電壓的穩(wěn)定性和電極表面腐蝕的均勻性;Ren 等[14]研究發(fā)現(xiàn)噴塑成型有助于抑制7050Al 合金電極的自腐蝕,基于噴塑成型的Al 合金電極的Al-空氣電池具有更高的比容和工作電壓,此研究揭示了Al 陽極的制造工藝對微觀結(jié)構(gòu)以及性能的重要影響。Peng 等[15]研究發(fā)現(xiàn)向Al 合金中加入少量的Mn 可以改變Al6Mn 金屬間化合物,從而抑制Al 在NaOH 溶液中的析氫反應(yīng)。Gao 等[16]研究了Mg 元素的含量對Al 合金電極性能的影響,發(fā)現(xiàn)少量的Mg 可以提高小電流放電時(shí)的電壓并抑制自腐蝕,但過量的Mg 則會加速Al 合金的自腐蝕。值得一提的是,在最近的研究中,將納米釔穩(wěn)定鋯(nano-YSZ)與金屬Al 通過攪拌鑄造形成一種新型陽極,可用于Al-空氣電池。實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)nano-YSZ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí),陽極的放電性能和抗腐蝕性達(dá)到最佳狀態(tài)[17]。這一發(fā)現(xiàn),為未來Al 陽極的研究提供了新的可能性。

除Al 合金的成分外,Al 陽極的表面形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)也是決定其自腐蝕速率的關(guān)鍵性因素。對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[18],相較于粗糙的表面,光滑的表面更易生成致密而均勻的保護(hù)膜,從而減緩Al 陽極自腐蝕的速度;粗糙的陽極表面上生成的保護(hù)膜疏松且厚度不均勻,極易導(dǎo)致Al 陽極表面點(diǎn)蝕現(xiàn)象的發(fā)生。因此,常用噴丸、噴砂、電化學(xué)拋光或機(jī)械打磨拋光等方式對Al 陽極進(jìn)行表面處理。當(dāng)Al合金中的金屬元素過量或在Al 基體中溶解分布不均勻時(shí),金屬元素則會以第二相的形式沉積在晶界處,而Al 陽極的局部腐蝕往往沿著晶界處發(fā)生。為避免此現(xiàn)象的發(fā)生,通常對Al 合金進(jìn)行熱處理。Wu 等[19]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),對Al-0.8Sn-0.05Ga-0.9Mg-1.0Zn 多元合金進(jìn)行400 ℃的熱處理后,富含Sn 的相在合金中的分布更加均勻,有效地提高了Al 合金陽極的放電活性和陽極利用率。Han等[20]研究了退火處理對Al-Sn-Ga-Mg 合金電化學(xué)性能的作用,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)退火溫度為35 ℃時(shí),Al-Sn-Ga-Mg 合金作為Al 空氣電池陽極材料電化學(xué)性能表現(xiàn)最佳,電容密度達(dá)2 670.99 mAh/g,能量密度達(dá)3 379.15 mWh/g。

綜上所述,低成本、低腐蝕速率及高電化學(xué)活性的陽極Al 合金的研制仍是發(fā)展高性能Al-水電池、擴(kuò)寬Al-水電池應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究方向。Al陽極的電化學(xué)性質(zhì)和自腐蝕可以通過調(diào)控Al 合金的組成元素、表面處理和熱處理等方法進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 析氫陰極

Al-水電池主要使用高析氫活性材料作為陰極。陰極的析氫反應(yīng)可以分為3 步: 電化學(xué)氫吸附(Volmer)、電化學(xué)脫附(Heyrovsky)和化學(xué)脫附(Tafel)反應(yīng)[21]。

根據(jù)電解液的酸堿度,陰極析氫反應(yīng)步驟如下。

1) Volmer 反應(yīng)

式中: M 代表析氫陰極中的金屬元素;MHads為陰極中的金屬元素與吸附在陰極表面的氫形成的共價(jià)鍵。

2) Heyrovsky 反應(yīng)

3) Tafel 反應(yīng)

陰極析氫反應(yīng)的速率由上述Volmer、Heyrovsky和Tafel 反應(yīng)中速率緩慢的步驟決定,此步驟被稱為速率決定步驟(rate-determining step,RDS)。析氫反應(yīng)速率可以通過電流密度i衡量,如Bulter-Volmer 方程所示

式中:i0為交換電流密度;n為轉(zhuǎn)移的電子數(shù);η為過電位;α為電荷轉(zhuǎn)移系數(shù);F為法拉第常數(shù);R為理想氣體常數(shù);T為溫度。

由式(10)可以推導(dǎo)出過電位為

通過Tafel 斜率可以推導(dǎo)出析氫反應(yīng)中RDS,確定析氫反應(yīng)的機(jī)理。例如,當(dāng)b=118 mV/dec 時(shí),Volmer 反應(yīng)是RDS,對析氫反應(yīng)速率起決定作用;當(dāng)b=39 mV/dec 時(shí),Heyrovsky 反應(yīng)為RDS;當(dāng)b=29.5 mV/dec 時(shí),Tafel 反應(yīng)為RDS,控制總體析氫反應(yīng)的速率[22]。

析氫反應(yīng)很大程度上取決于氫在陰極表面的吸附自由能。因此,選擇合適的陰極材料對析氫速率乃至電池整體的能量密度起著至關(guān)重要的作用。陰極材料需要具有低成本、高析氫活性、低析氫過電位、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、安全性和耐用性等特點(diǎn)。析氫電極材料可分為貴金屬、過渡金屬和非金屬化合物材料。

在眾金屬中,Pt 具有良好的活化性能和交換電流密度,是一種理想的析氫電極材料。除Pt 外,Pd 既可吸附氣相中的氫也可吸附液相中的氫[23],提高了氫吸附效率,加快氫氣的產(chǎn)生。但是貴金屬高昂的價(jià)格阻礙了其大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

除貴金屬外,過渡金屬及其化合物(如Ni 基,Mo基材料等)也可替代Pt 被廣泛用于電催化制氫。此外,楊苗等[24]研究發(fā)現(xiàn)了泡沫Ni 負(fù)載MoS2復(fù)合材料中泡沫Ni 和MoS2的協(xié)同作用大大地提升了此材料在堿性環(huán)境中的析氫性能和穩(wěn)定性。Huang 等[25]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)向Ni-Mo 基硫化物中摻雜N 元素可以降低功函數(shù),調(diào)節(jié)材料的電子結(jié)構(gòu),有助于電子的轉(zhuǎn)移,從而改善材料的析氫活性。表2 中列出了幾種具有代表性的析氫材料,從過電位(當(dāng)電流密度η10=10 mA/cm2時(shí)的電位)和Tafel斜率(b)兩方面對不同材料的析氫性能進(jìn)行比較[26]。

表2 不同析氫材料性能比較Table 2 Comparison of performance of hydrogen evolution reaction of different materials

因此,針對陰極材料的優(yōu)化與發(fā)展需要了解不同材料的析氫反應(yīng)機(jī)理,研制高活性、低過電位、低成本及高安全性的電極材料性能。

2.3 電解液

Al-水電池中電解液位于陽極和陰極之間,是離子轉(zhuǎn)移的載體。電解液需要滿足以下條件:

1) 具有較高的離子導(dǎo)電性,可以促進(jìn)離子在電解液中的遷移;

2) 與陽極、陰極和隔板等電池組成材料有良好的兼容性,與陽極、陰極和隔板等材料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);

3) 粘度小,離子遷移的阻力小;

4) 對電極有良好的附著性和浸潤性;

5) 無毒,對環(huán)境無污染。

Al-水電池的電解液通常使用的是pH 呈中性的海水或呈堿性的NaOH 溶液,電池的性能與電解液的濃度、純度及溫度息息相關(guān)。海水中的Cl-離子對Al 陽極的點(diǎn)蝕以及堿性電解液對Al 陽極的析氫腐蝕隨著電解液濃度的升高而加劇。范匯吉等[27]發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaCl 溶液濃度為3.5%時(shí),Al 陽極的腐蝕速度最快;梁明崗等[28]研究了電解液溫度對Al 陽極性能的影響,研究發(fā)現(xiàn),隨著電解液溫度的升高,Al 陽極的活化性能增強(qiáng),但同時(shí)也加大了對Al 的腐蝕,電解液最佳溫度為40 ℃。

此外,向堿性電解液中添加ZnO、Na2SnO3和K2MnO4等無機(jī)添加劑,向中性電解液中添加ZnCl2和SnCl2等添加劑可以使腐蝕電位負(fù)移,抑制Al陽極表面的析氫腐蝕反應(yīng),提高Al 陽極的利用率[29]。Harchegani 等[30]發(fā)現(xiàn),向堿性電解液中加入CeCl3緩蝕劑后可在Al 陽極的表面生成Ce(OH)3沉淀,提高Al 陽極的抗腐蝕能力;Gu 等[31]研究發(fā)現(xiàn),向NaCl 電解液中加入Ga3+有利于在Al 陽極的表面形成活性點(diǎn)位,破壞Al 陽極表面的鈍化膜,提高Al-空氣電池的放電電壓。Detab[32]在4 mol/L NaOH 電解液中加入0.015 mol/L C9H11F6N3O4S2離子液可顯著降低腐蝕電流密度和產(chǎn)生的氫氣體積,使Al-空氣電池容量密度達(dá)到2 554 mAh/g,這一發(fā)現(xiàn)可為Al-水電池的發(fā)展提供新思路;許超[33]研究發(fā)現(xiàn),合適濃度的Na2SnO3和C19H42BrN 組成的復(fù)合添加劑有助于降低自腐蝕,提高電池總體性能。

2019 年,Mckay 等[34]對使用不同電解液添加劑的Al-水電池的性能進(jìn)行了研究,該電池以Al-Ga 合金為陽極,Pt為陰極,電解質(zhì)材料如表3 所示。通過比較Al-水電池在不同電解液中的腐蝕電流和短路電流的比值(Icorr/ISC)、開路電位(VOC)和短路電流(ISC)可以看出,添加劑的加入顯著地降低了腐蝕電流和短路電流。

表3 Al-水電池在不同電解液中性能比較Table 3 Comparison of performance of aluminum-water battery in different electrolytes

3 Al-水電池研究現(xiàn)狀及展望

3.1 研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

針對Al-水電池的研究開始于上世紀(jì)80 年代,以美國和德國為主。文獻(xiàn)[35]對Al-水電池早期發(fā)展作了詳細(xì)介紹。1989 年,美國學(xué)者將Al-水電池與氫燃料電池組合,Al-水電池不僅可以供給電能,而且產(chǎn)生的氫氣可以作為氫燃料電池的原料使用[36]。1994 年,Shen 等[37]設(shè)計(jì)了一種圓頂形的Al-水電池,樣機(jī)測試發(fā)現(xiàn)這種電池2 年使用周期后能量密度仍可達(dá)855 Wh/kg。2015 年,麻省理工學(xué)院和美國開放水域動力(Open Water Power)公司研制的Al-水電池體積比能量密度達(dá)12 MJ/L,功率密度達(dá)35 W/L,當(dāng)輸出功率為1 W 時(shí),能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)65%,能量密度是Li 電池的10 倍,可以作為中小型UUV 的動力源,如圖2 所示[38]。2014年,德國的Robert 等[39]通過對金屬-水燃料電池的研究發(fā)現(xiàn),將Zn-水電池與氫-氧燃料電池組合比能量可達(dá)585 Wh/L。

圖2 美國研制的Al-水電池Fig.2 Aluminum-water battery developed in U.S.

現(xiàn)有資料表明[5],已有Al-水電池的最高比能量800 Wh/kg;最高比功率100 W/kg;仍存在Al 電極的自腐蝕,放電功率小的不足等問題;解決Al 電極的自腐蝕、提高Al 電極的電化學(xué)活性是提高Al-水電池關(guān)鍵之所在。

現(xiàn)階段,對于Al-水電池的研究主要集中于對陽極、陰極材料的研究與開發(fā)以及應(yīng)用Al-水電池制氫。2007 年,張林森等[40]研究了一種Al-水電池制氫系統(tǒng),以Al 合金為陽極,活性炭搭載Ni/C為陰極,1 mol/L 的NaCl 溶液為電解液,形成1 個密封的系統(tǒng),將Al-水電池工作時(shí)產(chǎn)生的氫氣收集起來。為調(diào)控氫氣的輸出量,研究人員在此Al-水電池的外電路串聯(lián)一個滑動變阻器,通過改變滑動電阻器的阻值來改變電池的電流,從而控制氫氣的輸出量。經(jīng)測試,此系統(tǒng)在室溫25 ℃下,可產(chǎn)生1 L/min 的氫氣。2018 年,王二東等[41]發(fā)明了一種金屬海水燃料電池組,通過使用彈性外殼來維持電池浮力和重力的平衡,使電池具有高比能,可為海洋環(huán)境中的設(shè)備提供電能。2021 年,為解決陽極鈍化、自腐蝕以及電池工作時(shí)產(chǎn)生的Al(OH)3絮狀物阻塞電池等問題,楊燦軍等[42]發(fā)明了一種包含Al-水電池單元和維持系統(tǒng)的電化學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)可為UUV、海上救生信號燈、聲吶浮標(biāo)等應(yīng)用于海洋環(huán)境的設(shè)備提供長時(shí)間穩(wěn)定供電。

動力源是UUV 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前被廣泛使用的Li 電池比能量雖可達(dá)300 Wh/kg,但仍無法滿足UUV 的供電需要,Al-水電池以其高比能可為中小型UUV 提供電能。水下工作站與水下能源站均在1 000～2 000 m 海深下工作,都需搭載可長時(shí)間穩(wěn)定供電的電源,且工作環(huán)境氧氣稀薄。Al-水電池安全性高,反應(yīng)無需氧氣的參與,適合水下工作站與水下能源站的工作環(huán)境。水下預(yù)置武器系統(tǒng)作為未來新型的武器攻防系統(tǒng),將魚雷、導(dǎo)彈和無人機(jī)等預(yù)先放置于海底長時(shí)間潛伏,激活后可執(zhí)行偵察、打擊等作戰(zhàn)任務(wù),需要有高比能、攜帶方便、可長時(shí)間供電的電源。此外,Al-水電池還可以作為輔助電源或補(bǔ)充電源用于海上潛艇和船艦,以滿足照明的需求。2019 年,秦嗣牧等[43]研制的基于Al-水電池的海上應(yīng)急燈,可以解決海上作業(yè)電力中斷等問題。近年來,Al-水電池也被應(yīng)用于北斗海上救生定位集成系統(tǒng)中,落水者落水后,Al 合金和海水反應(yīng)產(chǎn)生的電子作用于電路上,對北斗海上救生定位系統(tǒng)中的信號發(fā)生端持續(xù)提供電力,補(bǔ)充的電力是普通電池的10 倍,且不排放有毒物質(zhì)[44]。

可以發(fā)現(xiàn),小到照明設(shè)備,大到導(dǎo)彈、魚雷及UUV 等軍事裝備都需要比能高、安全性好、易攜帶且成本低的動力電源,這標(biāo)志著Al-水電池在軍事、民用等領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 Al-水電池優(yōu)缺點(diǎn)

Al-水電池主要有如下優(yōu)點(diǎn)。

1) 高比能和高效率。Al-水電池以Al 合金為陽極,價(jià)格低且易獲取;使用海水作為電解液和氧化劑,既產(chǎn)生電能又產(chǎn)生氫氣,能量轉(zhuǎn)換效率高。

2) 體積小。由于Al-水電池工作時(shí)無需攜帶氧化劑,所以結(jié)構(gòu)相對簡單,便于攜帶。

3) 安全性好。Al-水電池所用的材料無毒,Al-水反應(yīng)溫和且不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì),反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣溶解于海水,提高了電池的安全性能。此外,Al 的回收成本低,有助于廢舊電池的回收。

但是,Al-水電池仍存在一些不足,需要在未來發(fā)展中改良優(yōu)化。

1) Al 陽極鈍化和自腐蝕。Al 合金陽極表面在空氣中生成的氧化物保護(hù)膜導(dǎo)致陽極鈍化、放電電壓滯后。此外,Al 合金的自腐蝕仍然是限制Al-水電池發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2) Al(OH)3的排放。Al-水反應(yīng)的產(chǎn)物Al(OH)3呈膠質(zhì),附著于電池表面,不易溶解,且隨著Al-水反應(yīng)的進(jìn)行,Al(OH)3的累積會堵塞電池,降低電池的性能。研究設(shè)計(jì)Al(OH)3的排放系統(tǒng)也是發(fā)展Al-水電池的重要環(huán)節(jié)。

3.3 展望

目前,對于Al-水電池的研究主要集中于對陽極Al 合金材料的研究。向純Al 中加入不同的合金元素,通過測量極化曲線、開路電壓及放電電壓等電化學(xué)參數(shù)來表征陽極材料的電化學(xué)性能,而對于不同組成成分的Al 合金在電解液中的具體反應(yīng)機(jī)理和Al-水電池樣機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的性能研究還很匱乏。所以,未來發(fā)展方向主要有以下幾方面:

1) 研究Al 合金中各元素在電解液中的反應(yīng)機(jī)理,開發(fā)高電化學(xué)活性、低自腐蝕速率的陽極Al 合金材料;

2) 針對Al 合金陽極的成分開發(fā)合適的緩蝕劑來抑制Al 合金表面的析氫腐蝕,降低Al 合金自腐蝕效率,提高Al 陽極利用率;

3) 優(yōu)化電解液循環(huán)系統(tǒng),使Al(OH)3等膠質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物從Al 陽極表面剝除并從電解液中濾除,延長電池使用壽命,提高電池總體性能;

4) 研究Al-水電池樣機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的性能,通過設(shè)計(jì)優(yōu)化Al-水電池結(jié)構(gòu)來達(dá)到提高Al-水電池的功率與比能;

5) 將Al-水電池與金屬電化學(xué)電池、氫氧燃料電池等其他供能形式相結(jié)合,提高能量利用率和系統(tǒng)總體比能。

4 結(jié)束語

Al-水電池具有比能高、體積小、易攜帶且成本低等特點(diǎn),是非常有發(fā)展前景的水下設(shè)備動力電源。文中綜述了近年來針對高活性、高抗腐蝕性的Al 陽極材料的研究進(jìn)展,列舉了對電解液和高活性析氫陰極的研究成果,歸納了Al-水電池自20 世紀(jì)80 年代至今的發(fā)展歷程及在UUV、水下能源站和水下預(yù)置武器系統(tǒng)等方面的應(yīng)用前景。針對Al-水電池的Al 陽極自腐蝕、功率小等不足,提出了未來Al-水電池研究應(yīng)著重于開發(fā)高活性、低自腐蝕速率的Al 合金材料,優(yōu)化電解液循環(huán)系統(tǒng),結(jié)合氫燃料電池使用等發(fā)展方向。