1、在电动车中铝 /空气电池系统的设计与分析摘要：铝/空气电池有被运用在为汽车和其他车辆产生电力的潜力。当世界从汽油作为燃料的汽车到氢燃料电池汽车的过渡阶段，这类电池在这个相当长的时期内可能很重要。铝/空气电池系统能够产生足够的能量和动力来驱动和加速，这相似于用汽油作为动力的汽车。从我们的设计中分析，只要反应正常发生这种电池可以被看做铝用作阳极的成本低至US$ 1.1/kg。相比于内燃机其能量利用率能够达到 13%，电动车中在铝/空气电池的整个循环过程中能量利用率能够达到 15% (目前阶段) or 20% (预期) 。这个设计的电池能量密度是1300 Wh/kg (目前) or 2000 Wh/
2、kg (预期)。估计这种电池系统的耗费是 US$ 30/kW (目前) or US$ 29/kW (预期)。铝/空气电动车的寿命周期分析相比于铅 /酸和镍金属氢化物（ NiMH）电动车。只有铝/空气电动车预期拥有一个发展阶段，这也相比于内燃机的电动车。从这个分析中，在发展阶段就购买价格，能源花费，和寿命周期损耗而言，相比于内燃机的电动车，铝/空气电动车是最具有前景的潜力股。关键词：铝/空气电池，生命周期分析，电动汽车，成本分析1.引言铝/空气电池系统是具有较高的理论电压（ 2.7 V） ，较高的理论能量密度（8.1 kWh/kg-Al） ，低能耗，对环境无害，可回收的产品。这种电池对于电动车被
3、证明是很有前途的系统。铝和空气组合的电池能量密度远超过许多其他的电池组合。( 见表 1) 1,2.铝/空气电池有很大的潜力被应用在为汽车和其他车辆提供动力。当世界从汽油作为燃料的汽车到氢燃料电池汽车的过渡阶段，这类电池在这个相当长的时期内可能很重要. 铝/空气电池系统能够产生足够的能量和动力来驱动和加速，这相似于用汽油作为动力的汽车。在使用这个系统的最主要问题是电池中铝再强的碱性介质中低的库伦效率，这是由于它具有高的腐蚀速率（析氢反应）和在放电过程中高的极化等级。在高含量的铝基体（99.99 或 99.999%）中添加有其他微量元素比如钙，铟，锡，镁，铅，汞，锰，铊等3-7可以减少腐蚀，但增加
4、了金属成本。为了证明这种系统应用在电动车的能力，要求电动车的应用范围和加速性能具有良好的经济性都类似于内燃机。因此，性能的分析的判断，燃料（铝阳极）的成本和效率，在这个领域的研究，电池和由这种系统供电的电动车都很重要。2燃料成本和效率2.1 燃料成本铝中某些杂质的存在可显着影响其电化学行为，例如，腐蚀速率对铁的浓度特别敏感 5 。通常情况下，采用高纯度的铝阳极如99.995和99.999%，也就是含有很少数量的其他元素，常常作为三元或四元合金，以达到活化和抑制腐蚀的组合。铝生产的氧化铝，铝的成本在铝/空气电池系统都需要进行审查，并在这部分估计。2.1.1铝的生产工艺在工业上，铝金属的开采发生在
5、三个主要阶段铝土矿开采，氧化铝拜耳法生产氧化铝和电解（霍尔Herout过程） 。为了获得高纯度铝（99.99）需要电解精炼8。2.1.1.1铝土矿9 铝土矿是铝的主要矿石。开采铝土矿的方法是露天开采，其中其中表层土和覆盖由推土机和铲运机移走。底层的铝土矿，若有必要用炸药破碎，开采前用电动铲或液压挖掘机。有时，铝土矿先被粉碎，洗净，去掉一些黏土和沙子废物，然后在回转窑干燥。其他的铝土矿可能只是粉碎或干燥。最后矿石装入卡车，火车车厢，或放在传送带，运输到船舶或炼油厂。铝土矿是由铝的氧化物氧化铝，或多或少的水分和各种杂质，如铁的氧化物，铝硅酸盐，二氧化钛，石英，磷和钒的化合物。制成铝产品的铝土矿的成
6、分变化很大，但这种变化一般限制在表2的描述中。2.1.1.2氧化铝生产在几乎所有的商业运作中，氧化铝用拜耳法从铝土矿中提取。拜耳法，由拜耳于1888年发现，这种方法完全是在水溶液中进行的，这充分利用了水合氧化铝在腐蚀性碱溶液的平衡溶解度。同时这也符合以下方程的一个或其他些。AlO-OH + NaOH =NaAlO2Al（OH）3 +NaOH=NaAlO2 +H2O拜耳过程包括四个阶段10溶解把地面上细小的铝土矿放入蒸汽加热的器件中，这个器件被叫做蒸炼器，在它里面用热的烧碱溶液混合并加压。铝土矿中的氧化铝和硅石在烧碱溶液中发生反应形成一种铝酸钠溶液或绿色溶液伴随着硅铝酸钠沉淀。澄清是在这种绿色溶
7、液中分离废弃物（即分离原始的铝土矿中的一部分不溶解的氧化铁和二氧化硅，不过首先现在得先分离沙土和赤泥废物）。这个阶段包括三个步骤：第一，分离大小颗粒的泥沙来恢复烧碱溶液；第二，分离赤泥；第三，使用过滤器来过滤掉剩余在绿色溶液中的杂质。沙土和泥渣一起抽到湖泊，把溶液抽到热交换器的地方，热交换器里温度从100C冷却到 50C-60CPrecipitationin this stage, the alumina is precipitated from the liquor as crystals of alumina hydrate. To do this, the green liquor so
8、lution is mixed in the tall precipitator vessels with small amounts of fine crystalline alumina, which stimulates the precipitation of solid alumina hydrate, as the solution cools. As the reaction is slow and limited, it takes 5080 h to obtain the desired degree of precipitation. When completed, the
9、 solid alumina hydrate is passed onto the next stage and the remaining liquor, which contains caustic soda and some alumina, goes back to the digesters. 沉淀在这个阶段，从氧化铝沉淀作为氧化铝水合物晶体酒。要做到这一点，绿液混合溶液中，用细晶氧化铝，刺激氧化铝水合物的固体沉淀少量高除尘器容器，作为解决方案的冷却。随着反应缓慢和有限的，它需要50-80小时到获得期望程度的降水。建成后，固体氧化铝水合物转嫁给下一阶段，其余的酒，其中包含烧碱和一些氧化铝，又回到了沼气池。沉淀在这个阶段，
