鋁燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)

　　如前所述，鋁燃料電池是以鋁的“燃燒”產(chǎn)生電能。這里所說(shuō)的“燃燒”實(shí)際上就是鋁溶解于堿性溶液（電解質(zhì)）中變鋁離子（Al→Al+3+3e），放出3個(gè)電子（3e），是陽(yáng)極，電子向陰極“跑”與空氣中的氧之間的簡(jiǎn)單電化學(xué)反應(yīng)放出能量產(chǎn)生電流的過(guò)程。我們可以認(rèn)為燃料電池是一個(gè)“工廠”，它將燃料（鋁）輸送進(jìn)來(lái)，同時(shí)將產(chǎn)生的電輸出，只要有鋁存在就會(huì)源源不斷地產(chǎn)生電，這是燃料電池與傳統(tǒng)電池的根本區(qū)別，雖然它們都依賴于電化學(xué)原理而工作。鋁燃料電池由鋁板陽(yáng)極、空氣板陰極和電解液組成。電解液一般為堿性溶液。鋁燃料電池工作時(shí)還需要催化劑的催化作用，在催化劑的催化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的一種化學(xué)電源。

　　對(duì)原電池如鋁燃料電池來(lái)說(shuō)，鋁釋放電子，變成離子，鋁是陽(yáng)極，空氣為陰極，陽(yáng)極與陰極接通后，電子從陰極跑向陽(yáng)極，而對(duì)普通的電池來(lái)說(shuō)，有正、負(fù)極之分，電流從正極流向負(fù)極。鋁燃料電池為鋁電解的逆過(guò)程。

　　鋁燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣從左邊進(jìn)入，過(guò)濾清洗后流入鋁燃料電池堆（鋁空電池堆）陰極，這是第一步，也就是說(shuō)要準(zhǔn)備好足夠的陽(yáng)極鋁板和供給氧的空氣陰極板，以供給足夠的氧；第二步是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，一旦發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生電流，電流大小與電化學(xué)反應(yīng)速度息息相關(guān)，速度越快，產(chǎn)生的電流越多，為此，我們借助催化劑及精細(xì)的反應(yīng)區(qū)域設(shè)計(jì)來(lái)提高反應(yīng)速度；第三步是離子或電子傳輸，過(guò)程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)將產(chǎn)生或消耗離子和電子，鋁電極產(chǎn)生的離子被另一邊空氣（氧）電極消耗，電子也一樣，為了保持電荷平衡，必須把它們從產(chǎn)生的區(qū)域傳輸?shù)剿鼈兿牡膮^(qū)域，一旦用電線把它們連接起來(lái)，電子就會(huì)從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極，然而離子的流動(dòng)就比電子困難得多，因?yàn)樗入娮哟蟮枚?，也重不少，必須靠電解質(zhì)傳輸，鋁燃料電池用的電解質(zhì)為堿性溶液。第四步，生成物排出，任何一種燃料電池，除了產(chǎn)生電至少還會(huì)生成一種反應(yīng)物，即使最簡(jiǎn)單的氫-氧燃料電池也會(huì)生成水，鋁燃料電池會(huì)產(chǎn)生Al（OH）3，必須及時(shí)從電池中排出，否則就會(huì)在電池中隨著時(shí)間延長(zhǎng)而積累，阻礙鋁與氧反應(yīng)，最終電池會(huì)“窒息”而死。

　　鋁燃料電池有運(yùn)轉(zhuǎn)的五要素：陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)、催化劑、反應(yīng)生成物，將于下一文中一一介紹?，F(xiàn)在，鋁燃料電池已形成一個(gè)非常好的閉路循環(huán)。

　　鋁燃料電池技術(shù)大致可歸納為：是一種直接的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接把能量從一種形式（化學(xué)能）轉(zhuǎn)換成另一種能形式——電能；鋁燃料電池不像一般的電池，不會(huì)耗盡，而更像一個(gè)“工廠”，只要有燃料供給就會(huì)源源不斷地產(chǎn)生電；鋁燃料電池必須有陰陽(yáng)兩個(gè)電極，并被電解質(zhì)一分為二；鋁燃料電池的功率取決于其尺寸，能量取決于它的燃料存儲(chǔ)量；電化學(xué)系統(tǒng)必須包含兩個(gè)成對(duì)的半反應(yīng)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，氧化反應(yīng)釋放電子，還原反應(yīng)消耗電子；氧化反應(yīng)發(fā)生在陽(yáng)極鋁電極，還原反應(yīng)發(fā)生在陰極電極氧；鋁燃料電池中產(chǎn)生的4個(gè)主要步驟為：燃料鋁和氧這兩個(gè)反應(yīng)物輸送、電化學(xué)反應(yīng)、離子和電子傳導(dǎo)、生成物Al(OH)3排除；用電流-電壓曲線評(píng)估鋁燃料電池性能，它表示在一個(gè)給定的電流負(fù)載下鋁燃料電池的輸出電壓；由于損耗，實(shí)際的鋁燃料電池性能總比理想的燃料電池差，主要損耗類型：活化損耗，歐姆（電阻）損耗，濃度損耗。

　　鋁燃料電池與其他電池的性能對(duì)比見(jiàn)表1，由表中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，鋁燃料電池的綜合性能顯著優(yōu)于其他電池的。

　　在表1引入的9個(gè)定量指標(biāo)中，最重要的是能量密度和功率密度，現(xiàn)在對(duì)它們作一解釋，以便加深對(duì)鋁燃料電池的認(rèn)識(shí)。能量被定義為做功的能力，常用單位為J（焦耳）或Cal（卡路里或卡）；功率被定義為能量消耗或產(chǎn)生的速率，它的典型單位是W（瓦特或瓦），表示每秒鐘消耗或產(chǎn)生的能量，1W=1J/s，由此可知，能量=功率×?xí)r間。

　　體積功率密度是指每單位體積（cm3、m3、L）的器件可提供的功率量，其典型單位為W/cm3或kW/m3。質(zhì)量功率密度或比功率是指每單位質(zhì)量的器件提供的功率量，其典型單位是W/g或kW/kg。