军事装备制作中铝空气电池的运用分析(2)

　　2.5 机电混合装甲车辆动力电源。
　　
　　为提高轻型装甲车辆的隐身性和可靠性，发展混合动力和全电轻型装甲车辆是发展趋势之一[14],采用混合传动系统协同内燃机系统，既可大幅提高峰值动力输出，也可在极低运行噪音状态下为车载电子设备和推进系统单独提供动力，适用于装甲侦查车和多用途装甲车的潜行，或设备停车运行。电源技术作为关键部件是制约其发展的瓶颈技术。目前美国已经加紧了混合动力与全电装甲车辆的研发，拟通过动力系统的减重提高车辆的机动性和防护性能，该电源不仅给车载电子设备供电，应急条件下也能提供动力输出。英国国防部在未来快速奏效系统项目中开展了混合电传动技术研究，对通用动力英国公司的8×8轮式混合电传动系统进行评估。铝空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，能够大幅提高车辆的续航里程。美国、加拿大在研究能量型铝空气电池和功率型锂离子电池联用的方案，尚未取得实质性进展。
　　
　　2.6 军用无人机电源。
　　
　　军用无人机的机载电源，要为航空电子控制设备、启动引擎和辅助动力装置武器、导航设备、武器等提供电力，要求电源性能稳定可靠，目前应用的主要有燃料电池、太阳电池和锂离子电池等。军用无人机在续航方面的需求不断增加，而动力紧缺会限制其执行某些特殊的任务[15].为解决此问题，科学家正致力于克服现有电池的局限。据报道，美国Arotech公司研制的一种装于海军陆战队“龙眼”无人机上的锌空气电池，已通过了考核[13].“龙眼”是世界上投入使用的无人机中最小的，其质量约为2.30 kg,长约为0.91 m,翼展约为1.14 m.该机使用的锌空气电池具有功率大、质量轻的特点，具有大幅度延长耐航时间的潜力。为解决军用无人机在续航能力方面需求的不断增加，美国空军研究实验室（AFRL）正在研制将空气电池和其他蓄电池结合的组合系统，蓄电池可满足峰值功率需求，巡航飞行时利用空气电池提供动力。虽然鲜有列装铝空气电池作为无人机电源的报道，但根据飞行器的体积和用途不同，铝空气电池将来必有其用武之地。
　　
　　3 发展的技术瓶颈与研究动向。
　　
　　铝空气电池自20世纪60年代问世以来，已经过多年的技术积累，但直到现在，它仍然处于研发阶段，并没有达到产业化的规模。日前，美铝Alcoa公司和以色列Phinergy公司对一台搭载了铝空气电池的电动车进行了测试，其续航里程达到1 600 km.日本Fuji Pig-ment公司声称研发出新的电极结构，在阳极与电解液之间加入了一层由陶瓷和碳酸化合物组成的膜层，有效避免了铝的腐蚀和副反应，提高了铝空气电池的寿命[16-17].除此外，特斯拉的专利技术也在瞄准金属空气电池，其提出未来的动力系统可以采用功率型和能量型电池相结合，即锂电池和铝空气电池配合使用。
　　
　　目前，限制铝空气电池发展的瓶颈是铝阳极自腐蚀和空气阴极催化剂催化效率不高[18-19].铝阳极容易与碱性电解液发生严重析氢反应造成自腐蚀，而析出的氢气又会造成安全隐患；铝阳极容易形成致密的氧化膜造成阳极极化，使铝电极电位迅速下降。如何制备出活性高、腐蚀速率低的铝阳极，是铝空气电池能否广泛应用的关键。目前主要通过对铝阳极合金化以及往电解液中添加缓蚀剂来提高铝阳极活性、抑制其腐蚀。铝阳极材料合金化主要有提高析氢过电位、降低氧化膜电阻、形成低共熔合金这3种作用，研究较多的添加元素有Ga、In、Mn、Mg、Zn、Sn、Pb等[20].在电解液中添加锡酸钠、氢氧化铟、氢氧化镓以及乙二胺四乙酸、对甲基苯酚等中的一种或几种作为缓蚀剂，利用其协同作用降低阳极的腐蚀速率，促进放电电压负移。目前制得的薄层空气阴极性能差、催化活性低、寿命短，空气中的CO2使电极碳化，当进入碱性电解液又会使电解液失效[21].开发高效氧催化剂，设计开发具有特定三相界面结构的空气阴极也是亟待突破的难点，既要保证氧气和电解液快速扩散到催化剂界面，又要防止电解液侵占气体扩散通道[22].
　　
　　4 结 语。
　　
　　近年来，随着对环保和能源的日益重视，铝空气电池的研制和开发已成为研究的重点。鉴于其比能量高、结构设计灵活、环境适应性强的优点，在装备领域有广阔的应用前景。虽然目前还存在铝阳极自腐蚀率高、空气阴极氧催化效率低等瓶颈问题，从长远考虑，大力发展铝空气电池已是形势所需，相信在不久的将来会取得突破性的进展。
　　
　　5 参考文献。
　　
　　[1]房振乾，刘文西，陈玉如。铝空气燃料电池的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2003,26（2）：67-72.　　
　　[2]鞠克江，刘长瑞，唐长斌，等。铝空气电池的研究进展及应用前景[J].电池，2009,39（1）：50-52.　　
　　[3]YANG Shaohua,KNICKLE Harold. Design and analysis of alu minum/air battery system or electric vehicles[J]. Journal ofPower Sources,2002,112:162-173.　
　　[4]马景灵，许开辉，文九巴，等。铝空气电池的研究进展[J].电源技术，2012,36（1）：139-141.　　
　　[5]KRAYTSBERG Alexander,EIN   ELI Yair. Review on Li   airbatteries opportunities,limitations and perspective[J]. Journalof Power Sources,2011,196（3）：886-893.　　
　　[6]WANG Lei,WANG Wentao,YANG Guandong,et al. A hybridaluminum/hydrogen/air cell system[J]. International Journal ofHydrogen Energy,2013,38:14801-14809.　
　　[7]LI Qingfeng,BJERRUM Niels J. Aluminum as anode for ener gy storage and conversion:a review[J]. Journal of Power Sourc es,2002,110:1-10.　　
　　[8]RAO Zhonghao,WANG Shuangfeng. A review of power batterythermal energy management[J]. Renewable and SustainableEnergy Reviews,2011,15:4554-4571.　　
　　[9]黄瑞霞，朱新功，王敏，等。 UUV用铝氧电池[J].电源技术，2009,33（5）：430-434.　　
　　[10]ZHANG Xin,YANG Shaohua,KNICKLE Harold. Novel oper ation and control of an electric vehicle aluminum/air batterysystem[J]. Journal of Power Sources,2004,128:331-342.　　
　　[11]NESTORIDI M,PLETCHER D,WOOD R J K,et al. Thestudy of aluminium anodes for high power density Al/air bat teries with brine electrolytes[J]. Journal of Power Sources,2008,178（1）：445-455.　　
　　[12]程龙，孙权。单兵电源系统研究进展与挑战[J].国防科技2014,35（3）：26-31.　　
　　[13]PEI Pucheng,WANG Keliang,MA Ze. Technologies for ex tending zinc air battery′s cycle life:a review[J]. Applied En ergy,2014,128:315-324.　　
　　[14]马晓军，袁东，闰之峰。装甲车辆新型电源管理系统研究[J].电气自动化，2008,30（6）：34-36.　　
　　[15]石治国。军用无人机电源技术进展[J].电源技术，2012,36（5）：762-763.　　
　　[16]MORI R. A new structured aluminium air secondary batterywith a ceramic aluminium ion conductor[J]. RSC Advance,2013,29（3）：11547-11551.