铁空气电池承诺比锂离子电池更高的能量密度

与锂离子电池和常规汽油偶象相比，各种金属电池系统的重量和体积能量密度：ForschungszentrumJülich/ H. Weinrich

铁空气电池承诺比现今的锂离子电池相当较高的能量密度。此外，它们的主要组成部分 - 铁 - 是一种丰富，更便宜的材料。来自ForschungszentrumJülich的科学家们是在20世纪70年代被发现的重新研究中的驱动力。与美国橡树岭国家实验室（ORNL）一起，它们成功地用纳米精度观察到如何在运行过程中沉积在铁电极处。更深入地了解充电和放电反应，视为进一步发展这种类型可充电电池到市场成熟的关键。结果在着名的纳米能量中公布。

由于包括难以克服的技术困难，包括储存金属电池的原因，在20世纪80年代抛弃了金属电池。然而，过去几年，研究兴趣迅速增加。铁空气电池从铁的反应中汲取它们的能量。在该过程中，铁几乎完全随着在生锈过程中氧化而氧化。反应所需的氧气可以从周围的空气中抽出，使得它不需要存储在电池中。这些材料节省是金属电池实现的高能密度的原因。

预计铁空气电池具有超过1,200wH / kg的理论能量密度。相比之下，如果考虑细胞壳的重量，本日锂离子电池在约600WH / kg中进入约600wh / kg，甚至更少（350w / kg）。锂 - 空气电池，技术上更加困难和变得复杂，能够具有高达11,400WH / kg的能量密度。当涉及体积的能量密度时，铁 - 空气电池表现更好：9,700WH / L，它几乎高于当今锂离子电池（2000W / L）的五倍。即使是锂 - 空气电池也有“仅”6,000WH / L.因此，铁空气电池对于众多的移动应用特别有趣，空间要求发挥着大作用。

“我们有意识地专注于对地壳中丰富的材料制成的电池类型，并大量生产，”Rüdiger-A教授解释说明。 Eichel。因此，不需要预期供应短缺。该概念还与成本优势相关联，该成本优势可以直接应用于电池，特别是对于诸如静止装置的大规模应用，用于稳定电网或电动性。“

在四个充电/放电（氧化还原）循环的过程中对电极表面的变化。版权：ForschungszentrumJülich/ H. Weinrich

分析的困难条件

Jülich研究人员获得的见解为以目标方式提高了新的电池性能的新依据。在橡树岭国家实验室的纳比材料科学中心使用原位电化学原子力显微镜，它们能够在与普遍存在的条件下，在铁电极下观察铁氢氧化铁颗粒（Fe（OH）2）的沉积物。充电和放电。

“单独的高pH为13.7代表了仪器的边缘条件，”Jülich的能源和气候研究所（IEK-9）解释说亨宁Weinrich解释道。“我们是橡树岭的第一个，在现实条件下成功地进行这种实验，”留在美国的Weinrich说三个月，特别是测量。

存款增加产能

沉积物不会降低电池的功率。相反，由于纳米多孔层增加了电极的有效表面积，因此在每个充电和排出循环之后的容量的少量增加。由于调查，研究人员首次获得了这层增长的完整画面。“之前假设在充电期间沉积在颠倒。但这显然不是这种情况，“朱谢能源和气候研究所（IEK-9）博德·赫尔曼·斯坦姆博士解释道。此外，在电极表面的层形成和电化学反应之间首次验证直接链路。

然而，在市场成熟之前还有很长的路要走。尽管可以在实验室实验中的数千次循环中运行由铁制成的隔离电极，但是使用空气电极作为相对杆的完整的铁空气电池仅持续20至30个循环。

测量方法的示意图：原位电化学原子力显微镜的尖端扫描铁电极的表面。激光束偏转揭示了空间不规则，可以在几个循环的过程中彼此相互比较。版权：ForschungszentrumJülich/ H. Weinrich

结果是在高温和能源材料项目的范围内获得的，该项目由德国联邦教育和研究部门资助。通过橡木岭国家实验室和Forschungszentrumjülich之间的合作协议，可以实现。自2008年以来，这两个机构都在各种科学领域进行了密切合作。

出版物：Henning Weinrich，等，“了解可充电铁空气电池的铁阳极纳米级氧化还原行为，”纳米能量，2017; DOI：10.1016 / J.NANOEN.2017.10.023