СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ МЕТАЛЛ-ВОЗДУШНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С ЛИТЫМИ И ПОРИСТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-4-401-410
Аннотация
На сегодняшний день развитие электрохимических систем хранения энергии имеет важное значение для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию. Металл-воздушные батареи (МАВ) из-за присущей им высокой энергоемкости являются перспективными устройствами для использования в энергетических установках как резервных источников. Проблема полноценного внедрения МАВ в эти системы упирается в решение вопроса об эффективных анодах. В настоящей работе предлагается использовать пористые материалы для увеличения эффективности работы МАВ. Пористые алюминиевые электроды двух типов с разной технологией изготовления были испытаны в качестве анодов для МАВ. Для анода из порошкового алюминия плотность тока составила (20–30) мА/см2, что сравнимо с током для монолитного (стандартного) анода, но для пеноалюминия были получены более высокие значения плотности тока (52–64) мА/см2. Так как масса пористых анодов будет на (10–30)% ниже, это является преимуществом в разработке новых типов МАВ с улучшенными массогабаритными показателями.
Ключевые слова
Об авторах
А. М. ЖукешовКазахстан
д.ф.-м.н., профессор
г. Алматы
У. Б. Абдыбай
Казахстан
докторант
г. Алматы
Е. Е. Салимов
Казахстан
докторант
г. Алматы
М. Карлос
Германия
профессор
Анхальт
Список литературы
1. Narayanan, S.R., Prakash, G.K.S., Manohar, A., Yang, B., Malkhandi, S., & Kindler, A. Materials challenges and technical approaches for realizing inexpensive and robust iron–air batteries for large-scale energy storage. Solid State Ionics, 216, 105–109 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2012.05.016.
2. Han, X., Li, X., White, J., Zhong, C., Deng, Y., Hu, W., & Ma, T. Metal–air batteries: From static to flow system. Advanced Energy Materials, 8, 1801396 (2018). https://doi.org/10.1002/aenm.201801396.
3. Fan, X., Liu, B., Liu, J., Ding, J., Han, X., Deng, Y., Lv, X., Xie, Y., Chen, B., Hu, W., et al. Battery technologies for grid-level large-scale electrical energy storage. Transactions of Tianjin University, 26, 92–103 (2020). https://doi.org/10.1007/s12209-019-00236-w.
4. Salameh, T., Sayed, E.T., Abdelkareem, M.A., Olabi, A.G., & Rezk, H. Optimal selection and management of hybrid renewable energy system: Neom city as a case study. Energy Conversion and Management, 244, 114434 (2021). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114434.
5. Li, Y., & Lu, J. Metal–air batteries: Will they be the future electrochemical energy storage device of choice? ACS Energy Letters, 2(6), 1370–1377 (2017). https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00119.
6. Wang, H.F., & Xu, Q. Materials design for rechargeable metal–air batteries. Matter, 1(3), 565–595 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.018.
7. Parker, J.F., Chervin, C.N., Nelson, E.S., Rolison, D.R., & Long, J.W. Wiring zinc in three dimensions rewrites battery performance – dendrite-free cycling. Energy & Environmental Science, 7, 1117–1124 (2014). https://doi.org/10.1039/C3EE43674H.
8. Liu, P., Ling, X., Zhong, C., Deng, Y., Han, X., & Hu, W. Porous zinc anode design for Zn–air chemistry. Frontiers in Chemistry, 7, 656 (2019). https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00656.
9. Pino, M., Cuadrado, C., Chacón, J., et al. The electrochemical characteristics of commercial aluminium alloy electrodes for Al–air batteries. Journal of Applied Electrochemistry, 44, 1371–1380 (2014). https://doi.org/10.1007/s10800-014-0739-4.
10. Mutlu, R.N., & Yazici, B. Copper-deposited aluminum anode for aluminum–air battery. Journal of Solid State Electrochemistry, 23, 529–541 (2019). https://doi.org/10.1007/s10008-018-4147-7.
11. Ma, J., Wen, J., Gao, J., et al. Performance of Al–0.5Mg–0.02Ga–0.1Sn–0.5Mn as anode for Al–air battery in NaCl solutions. Journal of Power Sources, 253, 419–423 (2014). https://doi.org/10.1016/j. jpowsour.2013.12.088.
12. Li, D., Liu, Y., Xie, Y., et al. Porous powder anode for high performance rechargeable aluminum batteries. Journal of Power Sources, 641, 236860 (2025). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.236860.
13. Mori, R. Recent developments for aluminum–air batteries. Electrochemical Energy Reviews, 3, 344–369 (2020). https://doi.org/10.1007/s41918-020-00065-4.
14. Ma, Y., Sumboja, A., Zang, W., et al. Flexible and wearable all-solid-state Al–air battery based on iron carbide encapsulated in electrospun porous carbon nanofibers. ACS Applied Materials & Interfaces, 11, 1988–1995 (2019). https://doi.org/10.1021/acsami.8b15877.
15. Mohamed, S.G., Tsai, Y.Q., Chen, C.J., et al. Ternary spinel MCo2O4 (M = Mn, Fe, Ni, and Zn) porous nanorods as bifunctional cathode materials for lithium–O2 batteries. ACS Applied Materials & Interfaces, 7, 12038–12046 (2015). https://doi.org/10.1021/acsami.5b02601.
16. Niu, Q., Chen, B., Guo, J., et al. Flexible, porous, and metal–heteroatom-doped carbon nanofibers as efficient ORR electrocatalysts for Zn–air battery. Nano-Micro Letters, 11, 8 (2019). https://doi.org/10.1007/s40820-018-0231-0.
17. Liu, W., Placke, T., & Chau, K.T. Overview of batteries and battery management for electric vehicles. Energy Reports, 8, 4058–4084 (2022). https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.03.016.
18. Sun, Q., Dai, L., Luo, T., Wang, L., Liang, F., & Liu, S. Recent advances in solid-state metal–air batteries. Carbon Energy, 2022, 1–23. https://doi.org/10.1002/cey2.276.
19. Wang, Y., Sun, Y., Ren, W., Zhang, D., Yang, Y., Yang, J., Wang, J., Zeng, X., & NuLi, Y. Challenges and prospects of Mg–air batteries: A review. Energy Materials, 2, 200024 (2022). https://doi.org/10.20517/energymater.2022.20.
20. Wang, L., Snihirova, D., Deng, M., Vaghefinazari, B., Xu, W., Höche, D., Lamaka, S.V., & Zheludkevich, M.L. Sustainable aqueous metal–air batteries: An insight into electrolyte system. Energy Storage Materials, 52, 573–597 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.08.032.
21. Li, J., Zhang, K., Wang, B., & Peng, H. Light-assisted metal–air batteries: Progress, challenges, and perspectives. Angewandte Chemie International Edition, 61, e202213026 (2022). https://doi.org/10.1002/anie.202213026.
22. Chantavas, A. Global market outlook for solar power. SolarPower Europe, 2022, 1–25. https://www.solarpowereurope.org/press-releases/world-installs-a-record-168-gw-of-solar-power-in-2021-enters-solarterawatt-age.
23. Liu, Y., Lu, X., Lai, F., Liu, T., Shearing, P.R., Parkin, I.P., He, G., & Brett, D.J.L. Rechargeable aqueous Zn-based energy storage devices. Joule, 5, 2845–2903 (2021). https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.10.011.
24. Murali, A.P., Duraisamy, S., Samuthiram, S., et al. Current and emerging methods for manufacturing of closed pore metal foams and its characteristics: A review. Journal of Materials Science, 60, 1187–1227 (2025). https://doi.org/10.1007/s10853-024-10318-y.
25. Mahto, R.P., Bhadauria, A., Bandhu, D., et al. A study on porosity and mechanical properties of the open aluminum metal foam through spark plasma sintering SDP technique. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 136, 4407–4417 (2025). https://doi.org/10.1007/s00170-025-15077-x.
26. Sun, S., Zhang, Z., Yan, L., et al. A novel superimposed porous copper/carbon film derived from polymer matrix as catalyst support for metal–air battery. Journal of Porous Materials, 29, 249–255 (2022). https://doi.org/10.1007/s10934-021-01163-4.
27. Jiao, X., Liu, Y., Cai, X., et al. Progress of porous Al-containing intermetallics fabricated by combustion synthesis reactions: A review. Journal of Materials Science, 56, 11605–11630 (2021). https://doi.org/10.1007/s10853-021-06035-5.
Рецензия
Для цитирования:
Жукешов А.М., Абдыбай У.Б., Салимов Е.Е., Карлос М. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ МЕТАЛЛ-ВОЗДУШНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С ЛИТЫМИ И ПОРИСТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ. Вестник Казахстанско-Британского технического университета. 2025;22(4):401-410. https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-4-401-410
For citation:
Zhukeshov A.M., Abdybai U.B., Salimov E.E., Carlos M. COMPARATIVE PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF METAL-AIR BATTERIES WITH CAST AND POROUS ELECTRODES. Herald of the Kazakh-British Technical University. 2025;22(4):401-410. https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-4-401-410
JATS XML






