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现代社会目前正处于从消耗化石燃料到最小化环境污染所需的清洁能源替代品的过渡阶段。因此，探索几种可再生能源，寻找安全，可靠和高效的能量存储技术并具有在大规模应用中使用的能力显得日益重要。在这些新的能量存储系统中，金属空气电池因其高能量密度和容量，低成本(取决于金属阳极)，其容量对工作负载和温度的可忽略性以及恒定放电电压而受到了极大关注。
本文通过优化Ag/C催化剂的载量实现了制备成本与性能之间的平衡，并制备了二氧化锰催化剂来替代Ag催化剂。本文对载量为38.8mass%、24.4mass%、9.6mass%和2.1mass%的Ag/C催化剂进行了物理结构与电化学性能的表征。发现载量为24.4mass%时，半波电位最正，载量为2.1mass%时，虽然其半波电位有所下降，但当其所制备的空气电极在铝空气电池中以100mA·cm-2的恒定电流密度进行放电时电压仍能够达到1.2V以上，与更高载量的催化剂相差无几。通过透射电镜(TEM)分析发现，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的使用有利于防止Ag/C催化剂制备过程中银的团聚，进而减低Ag/C催化剂中银的颗粒，但是由于PVP的残留等问题，PVP的使用并没有进一步提高Ag/C催化剂的性能。本论文制备了一种碳载非晶体态二氧化锰催化剂，在载量达到25.9mass%时，其制备的空气电极在铝空气电池中以100mA·cm-2的恒定电流放电时电压达到了1.2V以上，与Ag/C催化剂性能接近。
本文针对铝空气电池系统运行时存在的漏液、热量积聚等问题进行了单体和电堆结构的优化设计。将38.8mass%的Ag/C催化剂制备为空气电堆并装配为14单体的电堆进行电堆性能的研究。发现电堆从启动到稳定用时基本在1小时左右，启动期间电解液温度逐渐升高并稳定在61℃左右。电堆中平均单体功率为20.6W，总功率达到280W左右，运行过程中放电性能平稳。载量为2.1mass%的Ag/C空气阴极在10A、20A、30A的恒电流下放电电压稳定，4单体的电堆功率在20A的电流时达到峰值84.8W，平均单体功率为21.2W。载量为25.9mass%的非晶态MnO2/C空气阴极在10A、20A、30A的恒电流下放电电压稳定，4单体电堆功率在20A的电流时达到峰值82.1W，单体平均功率为20.5W。
本文极大的降低了Ag/C催化剂制备中AgNO3以及还原剂的用量，极大的降低了制备成本。同时常温下合成的非晶态MnO2/C催化剂性能与Ag/C催化剂性能相近，且制备过程简单，绿色环保，可作为Ag/C催化剂的替代物。
本文通过优化Ag/C催化剂的载量实现了制备成本与性能之间的平衡，并制备了二氧化锰催化剂来替代Ag催化剂。本文对载量为38.8mass%、24.4mass%、9.6mass%和2.1mass%的Ag/C催化剂进行了物理结构与电化学性能的表征。发现载量为24.4mass%时，半波电位最正，载量为2.1mass%时，虽然其半波电位有所下降，但当其所制备的空气电极在铝空气电池中以100mA·cm-2的恒定电流密度进行放电时电压仍能够达到1.2V以上，与更高载量的催化剂相差无几。通过透射电镜(TEM)分析发现，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的使用有利于防止Ag/C催化剂制备过程中银的团聚，进而减低Ag/C催化剂中银的颗粒，但是由于PVP的残留等问题，PVP的使用并没有进一步提高Ag/C催化剂的性能。本论文制备了一种碳载非晶体态二氧化锰催化剂，在载量达到25.9mass%时，其制备的空气电极在铝空气电池中以100mA·cm-2的恒定电流放电时电压达到了1.2V以上，与Ag/C催化剂性能接近。
本文针对铝空气电池系统运行时存在的漏液、热量积聚等问题进行了单体和电堆结构的优化设计。将38.8mass%的Ag/C催化剂制备为空气电堆并装配为14单体的电堆进行电堆性能的研究。发现电堆从启动到稳定用时基本在1小时左右，启动期间电解液温度逐渐升高并稳定在61℃左右。电堆中平均单体功率为20.6W，总功率达到280W左右，运行过程中放电性能平稳。载量为2.1mass%的Ag/C空气阴极在10A、20A、30A的恒电流下放电电压稳定，4单体的电堆功率在20A的电流时达到峰值84.8W，平均单体功率为21.2W。载量为25.9mass%的非晶态MnO2/C空气阴极在10A、20A、30A的恒电流下放电电压稳定，4单体电堆功率在20A的电流时达到峰值82.1W，单体平均功率为20.5W。
本文极大的降低了Ag/C催化剂制备中AgNO3以及还原剂的用量，极大的降低了制备成本。同时常温下合成的非晶态MnO2/C催化剂性能与Ag/C催化剂性能相近，且制备过程简单，绿色环保，可作为Ag/C催化剂的替代物。