高铁电池介绍

铁电池是以合成稳定的高铁酸盐(K2FeO4、BaFeO4等),可作为高铁电池的正极材料来制作能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池。

 

铁电池的优点:

1、高能高容量。

 

目前市场上的民用电池比功率只有60- 135W/kg,而高铁电池可以达到1000W/kg以上,放电电流是普通电池的3-10倍。特别适合需要大功率、大电流的场合。高铁电池性价比高。碱锰电池不能满足目前需大电流大容量用电的数码相机、摄影机等电子产品的需要,锂离子电池因成本在此方面不具很强的竞争力。

高铁电池放电曲线平坦。 如Zn-K2FeO4 , 70%以上的放电时间在1.2-1.5V。

 

2、原料丰富。 本文来自中学化学同步辅导!

地壳中最为丰富的元素为铝和铁,铁在地壳中的含量为4.75%,锰的含量为0.088%。同时每mol+6价铁能产生3mol 电子,而每mol +4价锰仅能产生1mol 电子,铁的用量在自身非常丰富的情况下,仅是锰的1/3,大大节约了社会资源,降低了原料的成本。市面上MnO2大约9000元/ 每吨,Fe(NO3)3大约7500元/每吨。绿色无污染。高铁酸盐放电后的产物为FeOOH或Fe2O3·H2O,无毒无污染,对环境友好。不需要回收。

3、工作原理

 

高铁电池的正极: 

 

高铁电池的正极材料是高铁酸盐,比如:K2FeO4、BaFeO4等,在电池放电反应中,+6价铁得到3 个电子,转化为+3价铁(一般为铁的氧化物),所以有相对较高的容量。

 

正极:2FeO42 +6e-+ 8H2O→ 2 Fe (OH)3 + 10OH (还原反应) 本文来自中学化学同步辅导!

高铁电池的负极: 本文来自中学化学同步辅导!

在高铁电池中,可作为电池负极的材料也很多,包括锌、铝、铁、镉和镁等。 根据锌的金属特性,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。而且锌具有较好的放电性能,价格便宜,来源丰富。在化学电源中得到广泛的应用。

 

在碱性溶液中,锌电极反应除了形成锌酸盐外,最终产物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

 

总反应为:Zn + 2OH →ZnO + H2O + 2e-

 

对于锌负极,在应用于高铁电池中有着一定的优势,因为锌电极作为负极材料在碱性溶液中有着较成熟的理论和工艺积累。研究Zn-MFeO4电池时,在缓蚀剂、导电剂、隔膜、集流体以及制造工艺等方面有许多可借鉴的技术。 

 

铁作为电池负极在碱性溶液中的电极反应比较复杂,铁失去电子形成稳定的+2价和+3价氢氧化物,即,

Fe + nOH → Fe(OH)n2-+2e- 本文来自中学化学同步辅导!

Fe(OH)n2-n →Fe(OH)2+ (n-2)OH-     E°= -0.877V 本文来自中学化学同步辅导!

Fe(OH)2 + OH →Fe(OH)3+ e-       E°= -0.56V 
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然后,2Fe(OH)3 + Fe(OH)2 → Fe3O4 + 4H2O

 

在碱性溶液中,铁最初形成+2价产物,二价铁与电解液形成Fe(OH)n2-n 络合物,在继续放电时生成+3价铁,而且由+3价铁与+2价铁相互作用形成Fe3O4


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