Akumulator metalowo-powietrzny jest materiałem aktywnym, który jako elektrodę ujemną wykorzystuje metale o potencjale elektrody ujemnej, takie jak magnez, aluminium, cynk, rtęć i żelazo, a jako elektrodę dodatnią tlen lub czysty tlen z powietrza.Akumulator cynkowo-powietrzny jest najczęściej badaną i najczęściej stosowaną baterią z serii akumulatorów metalowo-powietrznych.W ciągu ostatnich 20 lat naukowcy przeprowadzili wiele badań nad wtórną baterią cynkowo-powietrzną.Firma Sanyo Corporation z Japonii wyprodukowała wtórną baterię cynkowo-powietrzną o dużej pojemności.Akumulator cynkowo-powietrzny do ciągnika o napięciu 125V i pojemności 560A·h został opracowany metodą cyrkulacji powietrznej i elektrohydraulicznej.Podaje się, że został zastosowany w pojazdach, a jego gęstość prądu rozładowania może osiągnąć 80mA/cm2, a maksimum może osiągnąć 130mA/cm2.Niektóre firmy we Francji i Japonii wykorzystują metodę cyrkulacji zawiesiny cynkowej do wytwarzania wtórnego prądu cynkowo-powietrznego, a odzysk substancji aktywnych odbywa się poza baterią, przy rzeczywistej energii właściwej 115W · h/kg

Główne zalety baterii metalowo-powietrznej:

1) Wyższa energia właściwa.Ponieważ aktywnym materiałem stosowanym w elektrodzie powietrznej jest tlen w powietrzu, jest on niewyczerpany.Teoretycznie pojemność elektrody dodatniej jest nieskończona.Ponadto materiał aktywny znajduje się na zewnątrz akumulatora, więc teoretyczna energia właściwa akumulatora powietrznego jest znacznie większa niż w przypadku ogólnej elektrody z tlenku metalu.Teoretyczna energia właściwa baterii metalowo-powietrznej wynosi na ogół ponad 1000 W·h/kg, co należy do wysokoenergetycznych źródeł energii chemicznej.
(2) Cena jest niska.Bateria cynkowo-powietrzna nie wykorzystuje drogich metali szlachetnych jako elektrod, a materiały baterii są zwykłymi materiałami, więc cena jest tania.
(3) Stabilna wydajność.W szczególności bateria cynkowo-powietrzna może pracować przy dużej gęstości prądu po zastosowaniu porowatej elektrody cynkowej i alkalicznego elektrolitu.Jeśli czysty tlen jest używany do zastąpienia powietrza, wydajność rozładowania może również zostać znacznie poprawiona.Zgodnie z obliczeniami teoretycznymi gęstość prądu można zwiększyć około 20-krotnie.

Akumulator metalowo-powietrzny ma następujące wady:

1) akumulator nie może być uszczelniony, co łatwo powoduje wysychanie i podnoszenie się elektrolitu, co wpływa na pojemność i żywotność akumulatora.Jeśli używany jest elektrolit alkaliczny, łatwo jest również spowodować karbonatyzację, zwiększając wewnętrzną rezystancję akumulatora i wpływając na rozładowanie.
2), wydajność przechowywania na mokro jest słaba, ponieważ dyfuzja powietrza w akumulatorze do elektrody ujemnej przyspieszy samorozładowanie elektrody ujemnej.
3), użycie porowatego cynku jako elektrody ujemnej wymaga homogenizacji rtęci.Rtęć nie tylko szkodzi zdrowiu pracowników, ale także zanieczyszcza środowisko i musi być zastąpiona niertęciowym inhibitorem korozji.

Akumulator metalowo-powietrzny jest materiałem aktywnym, który jako elektrodę ujemną wykorzystuje metale o potencjale elektrody ujemnej, takie jak magnez, aluminium, cynk, rtęć i żelazo, a jako elektrodę dodatnią tlen lub czysty tlen z powietrza.Wodny roztwór alkalicznego elektrolitu jest zwykle stosowany jako roztwór elektrolitu akumulatora metalowo-powietrznego.Jeśli lit, sód, wapń itp. z większym potencjałem elektrody ujemnej są używane jako elektroda ujemna, ponieważ mogą reagować z wodą, tylko niewodny elektrolit organiczny, taki jak stały elektrolit odporny na fenol lub elektrolit nieorganiczny, taki jak roztwór soli LiBF4, może być użytym.

Akumulator magnezowo-powietrzny

Każda para metalu z potencjałem elektrody ujemnej i elektrodą powietrzną może tworzyć odpowiednią baterię metalowo-powietrzną.Potencjał elektrody magnezu jest stosunkowo ujemny, a równoważnik elektrochemiczny jest stosunkowo mały.Można go użyć do sparowania z elektrodą powietrzną w celu utworzenia magnezowej baterii powietrznej.Elektrochemiczny równoważnik magnezu wynosi 0,454 g/(A · h) Ф=- 2,69 V. Teoretyczna energia właściwa baterii magnezowo-powietrznej wynosi 3910 W · h/kg, czyli 3 razy więcej energii baterii cynkowo-powietrznej i 5 ~ 7 razy więcej niż bateria litowa.Biegun ujemny akumulatora magnezowo-powietrznego to magnez, biegun dodatni to tlen w powietrzu, elektrolit to roztwór KOH, można również zastosować neutralny roztwór elektrolitu.
Duża pojemność baterii, niski potencjał kosztowy i wysokie bezpieczeństwo to kluczowe zalety baterii jonowo-magnezowych.Dwuwartościowa charakterystyka jonu magnezu umożliwia przenoszenie i magazynowanie większej ilości ładunków elektrycznych, przy teoretycznej gęstości energii 1,5-2 razy większej niż bateria litowa.Jednocześnie magnez jest łatwy do wydobycia i szeroko rozpowszechniony.Chiny mają absolutną przewagę w zakresie wyposażenia w zasoby.Po wyprodukowaniu baterii magnezowej jej potencjalna przewaga kosztowa i atrybut bezpieczeństwa zasobów są wyższe niż w przypadku baterii litowej.Pod względem bezpieczeństwa dendryt magnezu nie pojawi się na biegunie ujemnym akumulatora jonowo-magnezowego podczas cyklu ładowania i rozładowania, co może zapobiec wzrostowi dendrytu litu w akumulatorze litowym przebijającym membranę i powodującemu zwarcie, pożar i eksplozja.Powyższe zalety sprawiają, że bateria magnezowa ma duże perspektywy rozwoju i potencjał.

Jeśli chodzi o najnowsze osiągnięcia w zakresie akumulatorów magnezowych, Instytut Energii Qingdao Chińskiej Akademii Nauk poczynił znaczne postępy w zakresie wtórnych akumulatorów magnezowych.Obecnie przełamała techniczne wąskie gardło w procesie wytwarzania magnezowych baterii wtórnych i opracowała pojedyncze ogniwo o gęstości energetycznej 560 Wh/kg.Pojazd elektryczny z kompletną baterią magnezowo-powietrzną opracowany w Korei Południowej może z powodzeniem przejechać 800 kilometrów, czyli cztery razy więcej niż średni zasięg obecnych pojazdów zasilanych akumulatorami litowymi.Szereg japońskich instytucji, w tym Kogawa Battery, Nikon, Nissan Automobile, Tohoku University of Japan, miasto Rixiang, prefektura Miyagi oraz inne branżowe, uniwersyteckie instytucje badawcze i departamenty rządowe aktywnie promują badania nad dużą pojemnością baterii magnezowo-powietrznej.Zhang Ye, grupa badawcza Modern Engineering College of Nanjing University i inni zaprojektowali dwuwarstwowy elektrolit żelowy, który zrealizował ochronę metalicznej anody magnezowej i regulację produktów rozładowania oraz uzyskał magnezową baterię powietrzną o wysokiej gęstości energii ( 2282 W·h · kg-1, w oparciu o jakość wszystkich elektrod powietrznych i magnezowych elektrod ujemnych), czyli znacznie więcej niż bateria magnezowo-powietrzna ze strategiami stopowania anody i elektrolitu antykorozyjnego w aktualnej literaturze.
Ogólnie rzecz biorąc, bateria magnezowa znajduje się obecnie na wstępnym etapie poszukiwań, a przed jej promocją i zastosowaniem na dużą skalę jest jeszcze długa droga.