新型化學電池：鐵電池

　　目前，世界各國都在為研發(fā)汽車新能源，進一步降低汽車尾氣對環(huán)境帶來的污染，采取著不同措施，一些新能源不斷被利用到現(xiàn)代的汽車中，比如天然氣，氫能源，電動能源，燃料電池等，而燃料電池就是各個汽車廠家和科研機構(gòu)著力研究的一個方向。在目前的燃料電池技術(shù)中，有一種新的電池技術(shù)-----鐵電池技術(shù)。

　　目前國內(nèi)外研討的鐵電池有高鐵電池和鋰鐵池兩種。高鐵電池是一種以合成穩(wěn)定的高鐵酸鹽(K2FeO4、BaFeO4等)作為高鐵電池的正極材料制作的，具有能量密度大、體積小、重量輕、壽命長、無污染等特點的新型化學電池;另一種是鋰鐵電池，主要是磷酸鐵電池，開路電壓在1.78V-1.83V，工作電壓在1.2V-1.5V，比其他一次電池高0.2-0.4V，而且放電平穩(wěn)、無污染、安全、性能優(yōu)良。

　　高鐵電池作為電池正極的一種新型化學電池。其具有能量密度大、放電穩(wěn)定、體積小、重量輕、壽命長、不消耗電解液、無污染等優(yōu)點，特別適合需要大功率、大電流的場合，如數(shù)碼相機、攝影機等電子產(chǎn)品，與鋰電池相比，高鐵電池性價比更高。

　　高鐵電池的優(yōu)點

　　目前市場上的民用電池比功率只有60-135w/kg,而高鐵電池可以達到1000w/kg以上，放電電流是普通電池的3-10倍。高鐵酸鹽物質(zhì)在電池反應(yīng)中可以得到3個電子,所以有相對較高的容量。高鐵酸鋰的理論容量高達601Ah/kg。高鐵酸鋇的理論容量也有313Ah/kg。而MnO2的容量為308Ah/kg。高鐵電池放電穩(wěn)定。如Zn-K2FeO4，70%以上的放電時間在1.2-1.5V。制造高鐵電池的原料豐富，鐵是地殼中最為豐富的元素之一，鐵在地殼中的含量為4.75%(與之相比，鋅錳電池的主要原料錳的含量為0.088%)。同時每mol+6價鐵能產(chǎn)生3mol電子，而每mol+4價錳僅能產(chǎn)生1mol電子，鐵的用量僅是錳的1/3，大大節(jié)約了資源，降低了原料的成本。市面上MnO2大約9000元/每噸，F(xiàn)e(NO3)3大約7500元/每噸。且高鐵電池綠色無污染。高鐵酸鹽放電后的產(chǎn)物為FeO-OH或Fe2O3-H2O，無毒無污染，對環(huán)境友好。不需要回收。

　　高鐵電池的正極

　　高鐵電池的正極材料是高鐵酸鹽，比如K2FeO4、BaFeO4等，在電池放電反應(yīng)中，+6價鐵得到3個電子，轉(zhuǎn)化為+3價鐵(一般為鐵的氧化物)，所以有相對較高的容量。

　　以高鐵酸鹽為正極材料取代商業(yè)鋅錳電池中的MnO2即可組成高鐵一次電池。其電池反應(yīng)為:

　　K2FeO4+3/2Zn—→1/2Fe2O3+1/2ZnO+K2ZnO2

　　高鐵電池的負極

　　在高鐵電池中，可作為電池負極的材料也很多，包括鋅、鋁、鐵、鎘和鎂等。

　　1、鋅(Zn)

　　根據(jù)鋅的金屬特性，其電極電勢較低，因而比能量和比功率都比較高。而且鋅具有較好的放電性能，價格便宜，來源豐富。在化學電源中得到廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用形式主要有Zn-MnO2電池和Zn-空氣電池。

　　在堿性溶液中，鋅電極反應(yīng)除了形成鋅酸鹽外，最終產(chǎn)物主要為固相的氧化鋅

　　Zn+2OH—→Zn(OH)2+2e;

　　Zn(OH)2+2OH—→Zn(OH)42-;

　　Zn(OH)42—→ZnO+H2O+2OH-;

　　總反應(yīng)為Zn+2OH—→ZnO+H2O+2e

　　對于Zn負極，在應(yīng)用高鐵電池應(yīng)用中有著一定的優(yōu)勢，因為鋅電極作為負極材料在堿性溶液中有著較成熟的理論和工藝積累，有許多可借鑒的技術(shù)。

　　2、鋁

　　鋁作為高鐵電池的負極，會遇到兩個問題

　　一是鋁在堿性溶液中的腐蝕問題在強堿性溶液中，鋁的溶解速度很快，同時產(chǎn)生大量的氫氣，對高鐵酸鹽來說，穿過隔膜的氫氣會加速高鐵酸鹽的分解;

　　二是鋁在陽極過程中表面產(chǎn)生沉積物會阻止電極的反應(yīng)。

　　可以通過合金化和電解液添加劑這兩個途徑來克服上述問題。

　　通過添加一些元素形成二元或多元鋁合金，如添加Ga、Sn、In等金屬可以改變鋁表面沉積物的組成結(jié)構(gòu)，提高鋁的陽極電位，同時增強鋁抗自腐蝕的能力。在電解液中添加其它物質(zhì)也可以改善電極反應(yīng)產(chǎn)物的晶型,從而起到抑制腐蝕和提高陽極電位的作用。如添加In(OH)3可以有效減小腐蝕，而添加Ga2O3、Na2SnO3或檸檬酸鈉等都可以對活化電極起到有效的作用。

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