动力电池作为新能源汽车主要的驱动能源,与传统石油燃料相比,动力电池的使用更加清洁,能源转化率更高。其中,铝-空气电池(以下简称铝空电池)由于高比能量、高比功率、铝资源丰富、使用安全和反应产物环境友好等优点,在众多动力电池中脱颖而出。本文针对铝空电池在碱性电解液中易自腐蚀的问题,提出了一种新型双电解质结构的铝空电池,以此作为研究对象,采取实验拟合铝阳极表面钝化膜阻拟合方程,增添离子交换膜模型,采用修改的电化学动力学方程建立双电解质铝空电池二维数值模型。模拟结果通过与实验测量值对比,验证了数值模型的有效性。并利用Matlab软件通过调整各种模型参数来研究电池性能的灵敏度分析。本文主要的研究内容与成果如下:1.双电解质结构铝空电池的设计,阳极电解质采用铝腐蚀速率低的中性电解质,用阳离子交换膜把铝阳极和阴极电解液中的OH~-隔开,抑制析氢反应的进行;采用氧还原活性高的碱性水系电解液作为阴极电解质,增加空气极反应活性。2.采用三电极装置测量不同Cl~-浓度对铝板钝化膜的腐蚀行为,利用扫描电镜对极化后铝板表面进行了观察。根据实验结果提出不同Cl~-离子浓度下,铝阳极表面钝化膜阻值随放电电流密度变化的拟合公式。3.创建了可以模拟具有双电解质结构铝空电池的二维数值模型,并与实验结果相对比验证了模型的有效性。内特性模拟结果显示:(1)当外部电流通过电极时,电极会脱离平衡态,阴阳两电极与电解液交界处会出现电位跃迁现象;(2)由于离子交换膜的选择透过性,排斥溶液中的OH~-和Cl~-,在离子交换膜边界发生电位跃迁,造成Donnan电位发生偏移。4.采用单因素分析电池内部设计参数对电池性能的影响。研究了在0.25、0.50、0.75倍钝化膜阻值下,电池极化曲线与功率密度曲线的变化。结果显示:(1)铝电极上钝化膜阻值是电池性能提高的主要障碍,当钝化膜阻降低到现有实验膜阻的25%时,开路电压提升至1.5 V,电池开路电电压接近采用碱性溶液的铝空电池;(2)电解液厚度是次要因素,当电解液层厚度由10 mm降低到2.5mm时,电池的峰值功率密度将提升210%。5.采用拉丁超立方采样,利用SRC全局敏感性分析法,对选取的5个电池设计参数进行了参数敏感性分析。结果表明:(1)铝空电池正常情况下的放电其膜阻对电位和功率的影响占据很大部分;(2)适当提高NaOH浓度,可以一定程度的改善电池1 V电压下的放电电流与功率。