高铁电池技能原理
现在，世界各国都在为研制轿车新动力，进一步下降轿车尾气对环境带来的污染，采纳着不同办法，一些新动力不断被利用到现代的轿车中，比方天然气，氢动力，电动动力，燃料电池等，而燃料电池便是各个轿车厂家和科研机构着力研讨的一个方向。
在现在的燃料电池技能中，有一种新的电池技能—–铁电池技能。
现在国内外研讨的铁电池有高铁电池和锂铁池两种。高铁电池是一种以组成安稳的高铁酸盐（K2FeO4、BaFeO4等）作为高铁电池的正极资料制作的，具有能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染等特色的新式化学电池；另一种是锂铁电池，主要是磷酸铁电池，开路电压在1.78V-1.83V，作业电压在1.2V-1.5V，比其他一次电池高0.2-0.4V，并且放电平稳、无污染、安全、功能优秀。
高铁电池技能简介
高铁作为电池的正极资料时, 该电极反响为三电子反响, 电池的电势以及能量都比传统的锌锰电池高。并且这种资料价格低廉对环境无污染, 因而遭到电化学界的广泛留意。
高铁酸盐物质在电池反响中能够得到3 个电子, 所以有相对较高的容量。从表1 能够看出, 高铁酸锂的理论容量高达601Ah/kg。高铁酸钡的理论容量也有313 Ah/kg。而MnO2 的容量为308Ah/kg。
以高铁酸盐为正极资料替代商业锌锰电池中的MnO2 即可组成高铁一次电池。其电池反响为:
MFeO4+3/2Zn→1/2Fe2O3+1/2ZnO+MznO2
图1 是高铁酸钾—锌电池和锌—锰电池放电曲线比较。7号电池在0.5mA/cm2 的电流密度下恒电流放电, K2FeO4 正极资料对Zn 的均匀放电电压是1.58V。该电压高出锌锰电池均匀放电电压( 1.27V) 24% , 前者的放电容量比后者高32% 。在以上条件下其放电功率为85%。与传统的锌锰电池比较, 高铁一次电池具有高电压( OPV: 1.9V) 、高能量( 1.55Wh, AAA) 、不用耗电解液和不污染环境等长处。
高铁电池电解液及常用的负极资料
在高铁电池中，可作为电池负极的资料也许多，包含锌、铝、铁、镉和镁等。
1、 锌（Zn）
依据锌的金属特性，其平衡电位较负，电化当量较高，因而比能量和比功率都比较高。并且锌具有较好的放电功能，价格便宜，来历丰厚。在化学电源中得到广泛的运用。现在运用方式主要有Zn-MnO2电池和Zn-空气电池。
在碱性溶液中，锌电极反响除了构成锌酸盐外，终究产品主要为固相的氧化锌：
Zn + 2OH-→Zn(OH)2 + 2e
Zn(OH)2 + 2OH-→Zn(OH)42-
Zn(OH)42-→ZnO + H2O + 2OH-
总反响为：Zn + 2OH- →ZnO + H2O + 2e
关于锌负极，在运用于高铁电池中有着必定的优势，因为锌电极作为负极资料在碱性溶液中有着较老练的理论和工艺堆集。研讨Zn-MFeO4电池时，在缓蚀剂、导电剂、隔阂、集流体以及制作工艺等方面有许多可学习的技能。
2、 铝
铝作为高铁电池的负极，会遇到两个问题：一是铝在碱性溶液中的自腐蚀问题，在强碱性溶液中，铝的溶解速度很快，一起发生许多的氢气，对高铁酸盐来说，穿过隔阂的氢气会加快高铁酸盐的分化；二是铝在阳极过程中外表发生沉积物会阻挠电极的反响，使阳极过电位升高，下降了阳极的电压功率。能够经过合金化和电解液增加剂这两个途径来战胜上述问题。经过增加一些元素构成二元或多元铝合金，如增加Ga、Sn、In等金属能够改动铝外表沉积物的组成结构，进步铝的阳极电位，一起增强铝抗自腐蚀的才能。在电解液中增加其它物质也能够改进电极反响产品的晶型, 然后起到按捺腐蚀和进步阳极电位的效果。如增加In(OH)3能够有用减小腐蚀，而增加Ga2O3、Na2SnO3或柠檬酸钠等都能够对活化电极起到有用的效果。
3、 铁
铁作为电池负极在碱性溶液中的电极反响比较复杂，铁失掉电子构成安稳的+2价和+3价氢氧化物，即，
Fe + nOH- → Fe(OH)n2-n +2e
Fe(OH)n2-n → Fe(OH)2 + (n-2)OH- E°= -0.877V (vs. SHE)
Fe(OH)2 + OH- →Fe(OH)3 + e E°= -0.56V (vs. SHE)
然后，2Fe(OH)3 + Fe(OH)2 → Fe3O4 + 4H2O
在碱性溶液中，铁开始构成+2价产品，二价铁与电解液构成Fe(OH)n2-n 络合物，在持续放电时生成+3价铁，并且由+3价铁与+2价铁相互效果构成Fe3O4。
铁与高铁酸盐组成电池时，电池的开路电压为1.5V左右，跟着高铁酸盐的类型而有少量改变。由铁电极的放电曲线可知，铁负极在放电时有两个放电渠道，榜首个放电渠道对应的是Fe向Fe(OH)2的转化；第二个放电渠道对应的是Fe(OH)2/Fe(OH)3反响，榜首个放电渠道到第二个放电渠道电压会下降0.3V左右。实际上，第二个渠道的放电简单遭到许多要素的影响。如第2次放电产品和高铁酸盐的反响产品 Fe(OH)3会与Fe(OH)2构成Fe3O4，影响了Fe(OH)2的放电。铁负极与高铁酸钾组成的单体电池在榜首放电渠道的理论容量应为285.3mAh/g。
4、 镉
镉与高铁酸盐组成电池时，单体电池开路电压的理论值应在1.4V左右。镉的电化当量为477mAh/g，与K2FeO4组成电池的理论容量为219mAh/g。
高铁电池电解液
1、水溶液系统
高铁电池的正极资料为高铁酸盐，而高铁酸盐的可溶性比较差，即便在在中性及至弱碱性水溶液中也很不安稳。因而，以高铁酸盐为正极资料的化学电源的水溶液系统只能是浓的强碱水溶液。在碱性水溶液中，可作为电池负极的资料也许多，包含锌、铝、铁、镉和镁等。
2、非水系统
高铁酸盐在一些非水性有机介质如乙腈、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、乙二醇二甲醚（DEM）和四氢呋喃（THF）中也十分安稳，并且几乎是不溶的。这使得高铁酸盐能够作为非水性电解液电池的正极资料。现在非水电解液中运用的负极资料主要是锂。锂金属因为其密度小、电位高、电化学容量大、导电性好，使得锂电池具有高电压、高比能量的特色，在医药、军事、帆海和电子等范畴得到广泛运用。
