铝-空气燃料电池的理论比能量可达8100Wh/kg，具有本钱低、比能量密度和比功率密度高级长处。作为一种特别的燃料电池，铝- 空气电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等运用方面具有巨大的商业潜力。
金属空气电池概述
锂离子电池具有较高的比能量，是现在研讨较老练且现已大规模商用的二次电池，可是近几年来，面临移动电子设备和电动轿车等范畴的巨大开展，锂离子电池已难于满意其大容量的需求，特别是对动力依赖性很强的动力电池系统。因而，具有比锂离子电池比容量大几倍的金属空气电池应运而生，比方锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池等。
因为这类电池的正极活性物质首要来源于空气中的氧气，理论上的正极活性物质的量是无限的，所以电池理论容量首要取决于负极金属的量，这类电池具有更大的比容量。
其间，铝-空气燃料电池的理论比能量可达8100Wh/kg，具有本钱低、比能量密度和比功率密度高级长处。作为一种特别的燃料电池，铝- 空气电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等运用方面具有巨大的商业潜力。
铝空气电池结构和原理
图1 是铝空气电池的结构原理图
从现有的研讨成果和电池特性来剖析，铝空气电池具有如下特色：
（1）比能量高。铝空气电池是一种新式高比能电池，理论比能量可到达8100Wh/kg 现在研制的产品现已能到达300-400 Wh/kg，远高于当今各类电池的比能量。
（2）比功率中等。因为空气电极的作业电位远离其热力学平衡电位，其交流电流密度很小，电池放电时极化很大，导致电池的比功率只能到达50-200 W/kg。
（3）运用寿数长。铝电极能够不断替换，因而铝空气电池寿数的长短取决于空气电极的作业寿数。
（4）无毒、无有害气体产生。电池电化学反响耗费铝、氧气和水，生成Al2O3·nH2O，可用于枯燥吸附剂和催化剂载体、研磨抛光磨料、陶瓷及污水处理的优秀沉淀剂等。
（5）适应性强。电池结构和运用的原资料可根据有用环境和要求而变化，具有很强的适应性。
（6）电池负极质料铝廉价易得。比较于其他的金属，金属铝的价格比较低，金属阳极的制作工艺比较简单。
铝阳极（负极）
铝（Al）是一种抱负的电极资料，金属铝的理论能量密度为8.2W·h/g，在常见金属中，仅次于锂的13.3W·h/g，电极电位较负，是除金属锂以外质量比能量最高的轻金属电池资料。铝空气电池的质量比能量实践能够到达 450Wh/kg，比功率到达 50~200 W/kg。具有理论容量高、耗费率低、质量轻、电位负、资源丰厚及易于加工等长处，得到广泛研讨。
可是因为铝是一种很生动的两性金属，现在铝阳极的开展还遭到以下几个问题的影响。
（1）铝外表有一层钝化膜，影响了铝的电化学活性。
（2）铝是一种两性金属元素，这就决议了它在强碱性环境下易析氢腐蚀，影响电极电位，产品浮着在电解液中影响整个电化学反响的进行。
（3）空气电池共同的半敞开的系统，使空气电极简单遭到外界湿度的影响，产生铝阳极的“吞没”或“干枯”，乃至“爬碱”或“漏液”，现象然后对整个空气电池的结构构成损坏。为了处理上述问题，国内外学者从以下三个方面进行了研讨：
1、铝阳极合金化
工业级铝（99.0%）含有较多的杂质，如铁（0.5%）、硅、铜、锰、镁和锌等，会使相界面处铝的析氢腐蚀加重，特别是铁会与铝构成部分原电池，导致电化学腐蚀成倍添加。可向铝中参加既能进步化学活性、又可进步耐腐蚀性的合金成分。
铝合金合金化需求参加的元素所需求满意的条件有 ：①合金元素的熔点要低于金属 Al ；②在 Al 中固态饱和度较高；③电化学活性高于 Al ；④在电解质中溶解度较高；⑤具有较高的析氢过电位。此外，将阳极金属加工成超细晶资料，可进一步进步阳极功率。
2、 电解液中参加缓释剂
因为阳极合金化有必定的本钱问题所以人们常常会挑选在电解液中参加一些缓释剂来确保铝空气电池的功能。一些羧酸类、胺类、氨基酸类缓释剂及其对铝腐蚀的按捺功率如表1 所示：
研讨者们运用天然物质作金属铝腐蚀的按捺剂，试验证明有机胺类、吡咯等对铝的腐蚀有显着的按捺效果。通过向强碱电解质中添加有机物、水溶性化合物来研讨铝金属阳极的电化学行为下降铝的腐蚀速度，然后进步铝空气电池的功能。
3、 热处理工艺
热处理通过改动铝合金中微量元素的散布和合金外表的微观结构，来影响合金功能，属工艺学的研讨范畴。通过合适的正交试验可找到最佳的热处理工艺。
电解液
铝空气电池的电解液多为中性盐溶液或强碱性溶液。当运用中性电解液时，阳极自腐蚀小，但铝阳极外表钝化严峻，使作业电压下降，电池的功率和电流难以进步，还会导致电压滞后，产品氢氧化铝胶体也会沉降、堵塞电解液，因而这类电池只能作为小功率的电源输出设备。
当运用强碱性电解液时，铝的钝化削减，且碱液可吸纳必定量的反响产品氢氧化铝，电池的功能相对较好，但铝是两性金属，在强碱性环境中会产生激烈的析氢腐蚀，放出很多氢气，下降电池的输出功率和阳极利用率，在大电流密度下更严峻。假如是单纯的处理上述问题能够挑选定时替换电解液和向电解液中参加能活化铝阳极外表和抑铝析氢腐蚀的添加剂来处理上诉问题。
空气电极（正极）
阴极是O2 的反响场所，具有透气、导电、防水、抗腐蚀及催化效果，也常叫做空气电极。空气电极一般由多孔催化层、导电集流体和防水透气层 3 层结构组成：多孔催化层是氧气被复原的首要场所，在这里，分散进入的氧气、氧复原催化剂与薄层电解液交界处构成三相界面电化学活性位点；导电集流体首要起导电和机械支撑的效果；防水透气层具有疏松多孔憎水的结构，既为催化层供给反响所需的气体，又避免电解液将气体分散通道吞没。
催化层是空气电极的最要害部分，对其电化学功能起着决议性的效果，铝空气电池的功能很大程度上取决于所选用的阴极催化剂。空气电极功能又能直接影响电极反响平衡，因而，进步其功能能够在必定程度上进步铝空气电池阳极的利用率，按捺阳极铝的自腐蚀。
常用的催化剂铝空气电池的催化剂有以下几种：
（1）贵金属催化剂。常用的是铂和银，其催化活性高功能比较安稳，可是因为价格比较贵重且资源缺少所以可选用率不高。
（2）金属大环化合物催化剂。有机金属大环化合物对氧气复原有杰出的催化活性，特别是当它们吸附在大外表积碳上时。且它们的活性和安稳性可通过热处理得到明显进步。因而可望替代贵金属氧气复原催化剂。常见的金属大环化合物的组成办法有热分解法和前驱体制备法。可是因为热分解法的热处理进程会导致金属大环化合物与碳基体产生反响，前驱体法制备的催化剂活性差，所以运用也存在有必定问题。
（3）钙钛矿型氧化物催化剂。钙钛矿型氧化物对氧气的复原和分出具有较高的催化活性，且价格低价，因而在铝空气电池和燃料电池中具有宽广的运用远景。现在的对钙钛矿氧电极催化剂的研讨首要会集在改善制备办法和寻觅新的替代元素以进步催化功能。无定形前躯体法，特别是苹果酸前躯体法，能制备出晶粒细微、大比外表积的钙钛矿氧化物，然后大大进步它们的催化活性，是现在较好的制备钙钛矿氧化物的办法。
（4）廉价催化剂。最首要的代表是二氧化锰催化剂，它的最大优势在于质料丰厚、本钱低价可广泛运用于水性或非水性电解液的电池，可是单一的二氧化锰电催化活性有必定约束，所以人们在这方面的研讨从来没有中止。
（5）AB2O4 尖晶石型氧化物催化剂。尖晶石的晶格为面心立方。单位晶胞中有32 个密堆积的02- 离子，64 个四面体空地和32 个八面体空地被金属离子占有。尖晶石的脱水活性与B 离子坐落四面体空地的分数有关，分数越大，催化剂外表酸性添加，脱水活性增大，一般铝空气电池不选用这种催化剂。
（6）其他金属及合金催化剂。镍相对廉价，并且在碱性电解质中阳极极化条件下有很高的耐腐蚀性，一起在金属元素中镍的析氧功率是最高的，所以传统上用镍作为碱性水电解阳极资料。还常常选用镍铁、镍钴等合金催化剂，它们有很好的催化活性和耐腐蚀性，也是铝空气电池的一个可考虑的催化剂方向。
（7）复合催化剂。将两种或两种以上的催化剂复合在一起来更好地进步铝空气电池的空气电极的催化活性。
铝空气电池运用展望
现在铝空气电池尚未在工业和民用范畴得以大规模推广运用，首要是因为资料制备技能有待完善和对其二次充放电的理念的知道。
在技能层面：铝空气电池的实测比能量和放电功率与理论值相差较大，其间存在的首要技能问题，包含
（1）铝阳极自腐蚀和析氢在很大程度上限制了其放电功率，铝阳极的外表钝化影响了其放电呼应时效；
（2）电解液与阳极的匹配性，既能与铝电极构成快速的阳极氧化反响呼应机制，又能够坚持离子传递的高效与安稳，氧化产品的可循环性等；
（3）空气电极的结构，导电集流层电流的自损耗 ，空气电极催化剂的氧复原才能等，均有待进一步优化进步。
铝空气电池作为二次电池的设想：铝空气电池作为金属燃料电池，一般观念认为是一次电池，这是关于充放电循环单元知道上的一个误区。咱们现在遍及运用的锂离子电池作为经典的二次电池，能够完成即时充放电转化，假如铝空气电池能够完成工业化的充放电进程，从这一大的循环系统来说也能够将其视为二次电池，并且这是处理其推广运用的要害技能之一。
纯铝或合金通过阳极氧化反响（ 放电）生成Al2O3·nH2O，Al2O3·nH2O 通过焙烧生成Al2O3，进一步通过电解复原（ 充电）能够从头生成铝；Al2O3 和
Al2O3·nH2O 也可作为制备化学品氧化铝的质料。
铝空气电池高的比能量以及它的安全及对环境无害的特色决议了它将有一个宽广的开展远景，未来或将首要运用于动力轿车和矿山挖掘等移动设备。铝空气电池能够规划为集成电池组，像汽油等燃料相同存放在加油站或专门的充电站，运用进程中当阳极耗费完今后直接替换电池组即可。放电后的电池组交由专业的技能公司进行Al2O3·nH2O 的别离收回和电池组的二次安装。
