1.鈉│硫電池
鈉│硫電池是目前正在研究中的一種固體電解質蓄電池。用β-氧化鋁作電解質兼隔膜,這是一種固態的鈉離子導體,工作溫度在300~350°C時其電導率與硫酸接近;正負極活性物質分別為熔融的金屬鈉和硫;全密封。包括絕熱裝置在內的電池的比能量達每千克100~150瓦·時,放電循環可達2000次左右。由於原材料豐富,價格低廉,受到相當重視。存在的主要問題是提高固體電解質的壽命和電導;尋找耐熔融鈉,特別是耐正極生成物多硫化鈉腐蝕的電池結構材料。
2.熔鹽電解質蓄電池
目前研製比較多的負極材料為鋰和鋰合金,正極材料為氯、硫、金屬硫化物等,電解質為氯化鉀-氯化鋰低共熔物。在液態熔鹽電解質中使用熔融的液態負極活性物質給電池在結構上帶來許多困難,且鋰在熔鹽中有較大的溶解度,因此,采用在工作溫度下為固態的鋰-鋁合金負極和金屬硫化物正極。這種電池的工作溫度達400°C,其比能量可達每千克150瓦·時,有希望成為未來的汽車動力電池。目前正在研究延長循環壽命和使用期限。
六、展望
一種新型的嵌入過程鋰二次電池已受到人們的注意,嵌入電極材料可以是無機物或有機物,如二硫化鈦、石墨、導電高分子材料。充電過程中鋰離子可嵌入到電極材料中而不引起材料的晶格參數變化,充放電過程沒有新相的形成,故正極的可逆性較好。但如何提高鋰負極的可逆性是目前的研究課題。
燃料電池
烯料電池是電池中的活性物質由外部不斷地分別送入正、負電極而反應產物連續地從電池中排出的一種可連續使用的化學電源。常用燃料電池的負極活性物質有氫、肼、甲醇或各種烴類等。氫可以直接由氫源供給(稱直接式),也可以由天然氣、石油經重整或裂化製取(稱間接式)。正極活性物質通常是空氣或氧。由於電極活性物質活性低且涉及氣體,因此電催化和氣體擴散多孔電極的進展與燃料電池有極其密切的關係。
利用燃料直接輸入電池發電,而不經過熱循環,這是從19世紀以來人們一直追求的理想的能量轉換方式。到20世紀60年代,燃料電池的研究出現了高潮,並以1967年美國阿波羅登月飛行成功地應用氫-氧燃料電池而達到高峰。隨後,因經濟指標不適於發展民用,一度轉入低潮。近年來,磷酸型氫-氧燃料電池和高溫熔融碳酸鹽內重整電池的進展,使燃料電池又有了新的崛起趨勢。
燃料電池種類繁多,目前研究比較成熟的有氫-氧燃料電池、肼-空氣燃料電池、甲醇-空氣燃料電池,特別是各種氫-氧燃料電池,如培根型、磷酸型、離子交換型、毛細膜型等。
要維持燃料電池正常運行,必須有反應物的供應和產物(如水和熱)的排除,以及相應的控製係統,因而難以小型化。
燃料電池的主要優點是能量轉換效率高、可長時間連續運行、汙染小、噪聲低。熱電站的能量轉換效率理論上受卡諾循環所限製,實際效率一般在30%左右,最大不超過40%。利用燃料電池作媒介,等於燃料氫在恒溫下燃燒,化學能轉變為電能的理論效率可達100%。目前氫-氧燃料電池的實際效率已達50%~70%。由於需要使用貴金屬催化劑,用純氫的燃料成本高和電池壽命還不夠長,所以目前尚不能與常規電站競爭。
近年來,磷酸型氫-氧燃料電池有了較大的進展。鉑催化劑含量已從每平方米電極需60克減至隻需7.5克。采用高濃度磷酸和中溫(190℃)運行,催化劑不易受一氧化碳毒化,可直接使用石油的重整或裂化氣;同時,中溫下高濃度磷酸有自動調節排除產物(水)的能力,可大大簡化整體係統;運行壽命已達6000小時。有希望發展成為第一代民用燃料電池。
高溫熔融碳酸鹽電解質和高溫固體電解質燃料電池,由於不必用貴金屬催化劑和可利用內重整而直接送入天然燃料,近年來已取得一些進展,人們期望能成為第二代民用燃料電池。