文 献 综 述

1、研究背景及意义

伴随着人口的急剧增长和社会经济的迅速发展，现有一次能源的枯竭成为迫切的问题，全球经济和社会的可持续发展正面临着严峻的挑战化石类能源日益枯竭，现有的传统能源系统已无法满足现代工农业、经济发展的需求，燃油和煤的使用消耗过程中还带来了严重的环境污染。这促使人们应更加重视建立确保经济可持续增长、有利于环境的能源供应体系。因此，开发新能源和可再生清洁能源是当今世界经济中必须要解决的问题，资源与能源的最充分利用和环境的最小负担成为人类必须向地球履行的承诺。新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所用到的关键材料，是发展新能源的核心和基础。电池工业是 21 世纪新能源应用领域的重要组成部分，已经成为全球经济发展的一个新热点，因为从能源的利用形式来看，电能作为能量利用的最终形态，已成为人类物质生产和社会发展不可缺少的源动力。以目前市场上常见电池体系为例，如碱锰、银锌等一次电池，铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池等二次电池，长久以来都是我们随时随地均可便捷使用的动力源，极大方便了人们的物质文化生活。这些电池的共同特点是能量密度相对较大，能满足许多场合的应用需要。然而，在一些高能脉冲应用场合中，传统的蓄电池已经不能满足体系所需要的最大峰值功率。因此，迫切需要高功率型的储能装置以满足当前特殊应用领域的需求。所以开发干净、可再生的新能源变得尤其重要和关键。从而，研发更先进的储能材料和器件才是当务之急。

在这里，可充电电池视为具有很大未来的储能器件，当今的便携式电子产品如手机、笔记本电脑、数码相机等已经是我们日常生活中比较重要的东西，人们对它们的电池的性能提出了更高的要求，从而生产厂家急迫的去开发高容量、微型化、轻薄型的可充电电池来满足人们对电池日益增长的要求。但是，我们日常生活中常见的可充电电池诸如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等，它们因为自身的原因，往微型化、轻薄化方面发展阻碍很大，导致它们不能广泛的应用去满足人们日益增长的要求。铝由于自身的理论电压和比能量较高，因此可作为潜在的电池阳极已经引起了人们的注意。然而，铝表面上的保护性氧化物层对电池性能是有害的，导致不能实现可逆电位并导致阳极的延迟活化。通过将铝合金作为阳极和溶液添加剂发展到电解质，各种铝电池已经广泛地用于各种应用。从熔盐和其它非水电解质，铝可以电沉积，因此适合于开发可再充电电池。在开发高功率密度的二次铝电池上已经进行了巨大努力。

基于Al传输的二次电池由于其高的电荷存储能力和可快速充放电的特性，是目前新能源电池领域中具有较大发展空间的新型二次电池体系。从整个电池组成系统来看，正极材料作为其中的核心部件要求具有高的电化学储存能力和优越的结构稳定性。目前比较成熟的正极材料主要以石墨类材料为主，然而，现有的石墨类材料的理论容量难以满足动力型电池的使用，且放电电压也偏低。因此，开发具有高的电化学储存能力的正极材料是此类二次电池发展的关键。铝对于能量存储和转换是非常具有吸引力的阳极材料。

二次电池即可以反复充电再循环的电池，以其便捷性和高性价比得到了广泛的应用。人们使用二次电池的历史已逾一百五十年，目前使用的二次电池体系主要包括铅酸电池、偏镍电池、镍氢电池和锂二次电池。20世纪50年代，人们首次在干电池中使用铝阳极。20世纪60年代，铝氧电池体系首先由及所证明。70年代以后，研究者把焦点放在非水电解质电池体系上，尤其是对熔盐电解质体系的研究日趋成熟。近三十年来，研究者开发了多种铝做阳极的电池体系，已有部分铝一次电池实现产业化并且应用于生产生活中，如铝空气电池。

铝/空气电池放电反应方程式如下：

负极：Al → Al³ 3e

正极：O₂ 4H₂O ＋ 4e → 4OH^-