国内外研究的铁电池有高铁和锂铁两种，目前还没有厂来自家宣称其产品可以大规模实用化。其中高铁电池是由合成稳定的高铁酸盐(如K₂FeO₄、BaF360百科eO₄等)作为其正极材料来制作物的能量密度大、体积小香讲消张答伟记硫、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池。

• 中文名称 铁电池
• 外文名称 ironcell、ferrumbattery
• 材料 是以合成稳定的高铁酸盐
• 类型 高铁和锂铁
• 特点 体积小、重量轻、寿命长、无污染

电池局景美阿左该欢突具劳缺英文介绍

　　iron cell(铁电池)、iron c派王鸡让athode(铁阴极)、iron cement(铁质胶合剂,含铁水泥)等。

安全问题

　　单纯的铁电池，来自安全性相对强一些;但也不如另一种形式的储存电能的装置--超级电容器，又叫法拉电容。因为充电电池是化学电池，充放电过程就是一个可逆的过程，都有承意留置压还黑转住纪危险性。

　　而锂铁电池，因为有锂离子，电压过高容易产生锂枝晶，也就是生成了单质锂，容易发生短路，造成危险。

　　所以，大家在使用锂铁电池时候，尤其是充电的时候，要注意安全，不要超过许可电压。

发展历史

早期应用

　　镍铁电池由爱迪生在1901年发明，当时被用作电动汽车的能源，比如底特律电动车(来自Detroit Elec360百科tric)。镍铁电池与镍镉电池相比，最大功抓职离的优势是价格低廉，但由于这类电池充电丰效率低，以及后来制氢技风迅卷心款减建义术的大发展，镍铁电池技阿张犯项术逐渐衰落。

后期应用

　致　爱迪生在1903严假广民古称针先到1940年间制造这些电池，为公司带来了可观的利润。但使爱迪生失望的是，没有人接受用他的电池来启动内燃机，而上斤变文非述的电动汽车在引进这些电池的几年后就停产了。最后，这种电池只是在铁路信号发送及备用电源方面得到广泛的应用。

优点

高能高容量

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　　高能高容量，市场上境艺四掌告负括具的民用电池比功率只有60~135W/kg,而高铁电池可以达到1000W施留春/kg以上，放电电流约为普通电池的3~10倍，特别适合需要大功率、大电流的场合。

　　高铁电池放电曲线平坦，如Zn-K客态满州₂FeO₄电池，约70%以上的放电时间其放电电压在1.2~1.5V。

原料及其储量

　　高铁电池电极原料丰富，地壳中最为丰富倒受曾的金属元素为铝和铁，铁在地壳中的含量为4.75%,锰的含量为0.088%。同时每摩尔+6价Fe能产生3mol e⁻，而每摩尔+4价Mn仅能产生1mol e⁻，铁的储量在自身非常丰富的情况下，产生等物质的量的e⁻其用量仅为锰的⅓，大大节约了社会资使谁研源，降低了原料的成本。市面上MnO₂大约9000￥/t，Fe(NO₃)₃大约7500￥/t。高铁编逐乱木史低认酸盐绿色无污染，其放电后的产物为FeOOH或Fe₂O₃·H₂O，无毒无污染，对环境友好，无需回院换西叶构转切亲已收再处理。

原理

　　铁电池材应用

　　为了进一步降低汽车尾气给环境带来的污染，我们采取着不同措施，一些新能源不断被云移杆利用到现代的汽车中，比如天然气，氢能源，电动能源，燃料电池等，而燃料电池就是各个汽车厂家和科研机构着力研究的一个方向。

　　国内外研究状况

　　国内外研讨的铁西括价班越亲使风急督简电池有高铁电池和锂铁池两种。高铁电池是一种以合成稳定的高铁安的刚径酸盐(如K₂FeO₄、BaFeO₄等)作为高铁电池的正极材料制作的，具有能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染等特点的新型化学电池;另一种是锂铁电池，主要是磷酸铁电池，开路电压在3.0~3.6V，工作电压在2.5V~3.3V，而且放电平稳、无污染、安全、性能优良。

高铁电池

原料应用

　　高铁酸盐作为电池的正极材料时, 该电极反应为三电子反应, 电池的电势以及能量都比传统的锌锰电池高。而且这种材料价格低廉对环境无污染, 因此受到电化学界的广泛注意。

高铁中的含量

　　高铁酸盐物质在电池反应中可以得到3个电子, 所以有相对较高的容量。从表1可以看出，高铁酸锂的理论容量高达601Ah/kg，高铁酸钡的理论容量也有313Ah/kg，而二氧化锰的容量为308Ah/kg。

高铁电池

　　以高铁酸盐为正极材料取代商业锌锰电池中的MnO₂即可组成高铁一次电池。

　　其电池反应为:

　　MFeO4₄+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作正极材料对Zn的平均放电电压是1.58V。该电压高出锌锰电池平均放电电压(1.27V)24% , 前者的放电容量比后者高32%。在以上条件下其放电效率为85%。与传统的锌锰电池相比, 高铁一次电池具有高电压(OPV: 1.9V)、高能量(1.55Wh,AAA)、不消耗电解液和不污染环境等优点。

负极材料

　　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。

　　锌

　　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。

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　　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。

　　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，同时产生大量的氢气，对高铁酸盐来说，穿过隔膜的氢气会加速高铁酸盐的分解;二是铝在阳极过程中表面产生沉积物会阻止电极的反应，使阳极过电位升高，降低了阳极的电压效率。可以通过合金化和电解液添加剂这两个途径来克服上述问题。通过添加一些元素形成二元或多元铝合金，如添加Ga、Sn、In等金属可以改变铝表面沉积物的组成结构，提高铝的阳极电位，同时增强铝抗自腐蚀的能力。在电解液中添加其它物质也可以改善电极反应产物的晶型, 从而起到抑制腐蚀和提高阳极电位的作用。如添加In(OH)₃可以有效减小腐蚀，而添加Ga₂O₃、Na₂SnO₃或柠檬酸钠等都可以对活化电极起到有效的作用。

　　铁

　　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-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。

　　铁与高铁酸盐组成电池时，电池的开路电压为1.5V左右，随着高铁酸盐的类型而有少许变化。由铁电极的放电曲线可知，铁负极在放电时有两个放电平台，第一个放电平台对应的是Fe向Fe(OH)2的转化;第二个放电平台对应的是Fe(OH)2/Fe(OH)3反应，第一个放电平台到第二个放电平台电压会降低0.3V左右。实际上，第二个平台的放电容易受到很多因素的影响。如第二次放电产物和高铁酸盐的反应产物 Fe(OH)3会与Fe(OH)2形成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第一放电平台的理论容量应为285.3mAh/g。

　　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。

电解液

水溶液体系

　　高铁电池的正极材料为高铁酸盐，而高铁酸盐的可溶性比较差，即使在在中性及至弱碱性水溶液中也很不稳定。因此，以高铁酸盐为正极材料的化学电源的水溶液体系只能是浓的强碱水溶液。在碱性水溶液中，可作为电池负极的材料也很多，包括锌、铝、铁、镉和镁等。

非水体系

　　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)中也非常稳定，而且几乎是不溶的。这使得高铁酸盐可以作为非水性电解液电池的正极材料。使得锂电池具有高电压、高比能量的特点，在医药、军事、航海和电子等领域得到广泛应用。

　　电池的放电特性及寿命。

　　STL18650的锂铁电池(容量为1100mAh)在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的(即放电电压平稳，基本保持不变)，只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲(放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲)。在0.5~10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7~3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。

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　　图1 STL18650的放电特性

　　容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下(从-20~+40℃)的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量略大于100%。

　　从图3中可看出，STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。

　　图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线

　　STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是:以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。

　　图3 STL18650的充放电循环寿命曲线

　　过放电到零电压试验

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