含铝双氧水用于零人水内作业助力电池的探讨【钜大锂电】

Al/H2O2半燃料动力电池的原理及特点从电化学的角度，金属铝作为化学电池的阳极，具有突出的优势。它具有很低的电化当量（8.99g/mol），其相应的电流密度为2.98Ah/g，在可作阳极的金属元素中仅次于Li（3.86Ah/g）。Al的单位体积能量可达到8.04Ah/cm3，Li则只有2.06Ah/cm3，具备成为高能电池材料的能力。又Al元素为自然界中丰度第三位的金属，其开发生产工艺相对成熟，具有突出的性价比，因此Al电池的开发一直得到人们的重视，开发了多种类型的适应于不同使用条件的铝电池系统，而Al/H2O2电池就是一种应用于水下小型动力系统的半燃料化学电源。

这一电对构成的电池，其开路电位依不同的电流密度，达到1.21.7V范围，在有催化剂用途下，比能量可以接近360Wh/L，超过相同结构的Al/AgO电池的目标（290Wh/L），此类电池充分发挥了铝电极的优势，电池的比功率为50200W/kg，比能量为440Wh/kg，为铅酸电池的1015倍，Zn/AgO电池的34倍。电池可以在数分钟内完成准备工作，可携带燃料长距离航行，通过电解液和电极的更换保证负极的效率稳定，电池工作中性能平稳，温度能够加以控制，电极及相关元件更换方便，产物污染小。和其同类的Al/O2（又称铝/空气电池）已在电动汽车上得到了实际应用，技术相对成熟，将此类电池应用到水下环境中作为无人水下航行器动力电源，具有理论和实际基础，可行性程度高。

目前，国外经过了基础性的研究阶段，包括电极材料性能、单个电池性能、部分电池组合性能等研究、小型样机的研制和性能测试，已经开始进行全系统的配置协调控制及工程化，同时对电化学用途机理开展了深入探讨，研究了电解液系统的控制及优化、产品定型及扩大应用。我国在这方面的工作处于起步阶段，借鉴国外的相关技术，围绕Al电池开展工作，还要做大量的基础性研究工作。结合国内外的研究现状，笔者认为要在以下几个方面重点攻关。

目前研究进展及技术重点阳极材料的优化铝阳极作为电池材料使用有两个缺陷：首先是铝电极面存在钝化膜，特别在中性水溶液介质中更容易极化，导致有效电流密度下降。其次是铝阳极在电解液中存在自溶解用途，和其面的析氢过程相共轭。这两方面因素显著降低了铝阳极的效率，因此铝电池材料的性能优化是重要的研究内容。

阴极性能的研究H2O2作为阴极氧化剂，是在氧电极的基础上发展起来的，重要是为了改善电池阴极燃料的携带量，因为气态的氧和液态的氧，储存和携带均存在一定难度。而高浓度的H2O2在一定的催化剂用途下，能够在电极面一方面迅速分解释放出氧气进行还原，同时其本身也能够直接还原，和分解的氧气一起供应阴极电流，满足要。由于H2O2曾经作为火箭和的热动力燃料使用，其浓缩、储存和催化技术已经有一定的研究基础，可以借鉴相关领域的研究成果，但是对H2O2在气体电极面还原的电化学过程的研究，涉及非常少，没有可以借鉴的工作，必须进行深入的理论研究。