新型千瓦級(jí)鋁空氣電池的研發(fā)-瑞達(dá)國(guó)際集團(tuán)

　　新型千瓦級(jí)鋁空氣電池的研發(fā)

　　據(jù)外媒報(bào)道，金屬-空氣電池(Metal-airbatteries)已引起了業(yè)內(nèi)的特別關(guān)注，因?yàn)槠淠芰棵芏雀?、裝配成本低、環(huán)保、無(wú)毒性、使用壽命長(zhǎng)、放電時(shí)間長(zhǎng)、可回收性(recyclability)高、溫度公差寬。

　　金屬-空氣電池已被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)(插電式混動(dòng)車(chē)及純電動(dòng)車(chē))及儲(chǔ)能裝置(智能電網(wǎng))中，還能被用作應(yīng)急電源。與其他電池技術(shù)類(lèi)似，金屬-空氣電池也存在許多科研與技術(shù)難題，主要問(wèn)題在于陰極動(dòng)力學(xué)反應(yīng)遲滯(sluggishkinetics)、陽(yáng)極能效利用率低(因金屬氧化物、氫氧化物或其他物質(zhì)在陽(yáng)極表面積聚而導(dǎo)致的嚴(yán)重鈍化)、自放電(self-discharge)與腐蝕、劣質(zhì)空氣陰極結(jié)構(gòu)引起的過(guò)電位高、極化電阻(polarizationresistance)大、系統(tǒng)散熱失控，導(dǎo)致長(zhǎng)期運(yùn)行故障、實(shí)際能量密度及應(yīng)用受限。

　　浙江省石墨烯應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(KeyLaboratoryofGrapheneTechnologiesandApplicationsofZhejiangProvince)與先進(jìn)鋰電池工程師實(shí)驗(yàn)室(AdvancedLi-ionBatteryEngineeringLab)的研究團(tuán)隊(duì)率先研發(fā)了一款千瓦級(jí)(kilowatt-scale)鋁空氣電池，該電池采用了高效的石墨烯基催化劑，利用石墨烯添加劑提升了空氣陰極結(jié)構(gòu)(aircathodestructure)及自主研發(fā)的鋁合金陽(yáng)極，綜合性電化學(xué)性能表現(xiàn)十分出色。鋁空氣電池的化學(xué)反應(yīng)與鋅空氣電池類(lèi)似，鋁空氣電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為負(fù)極、氧為正極，以氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質(zhì)。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。鋁空氣電池的進(jìn)展十分迅速，它在EV上的應(yīng)用已取得良好效果，是一種很有發(fā)展前途的空氣電池。

　　比能量大鋁空氣電池的理論比能量可達(dá)8100Wh/kg，2014年的鋁空氣電池的實(shí)際比能量只達(dá)到350Wh/kg，但也是鉛酸電池的7～8倍、鎳氫電池的5.8倍、鋰電池的2.3倍。采用鋁空氣電池后，車(chē)輛能夠明顯地提高續(xù)駛里程，國(guó)外有關(guān)資料介紹，美國(guó)加利福尼亞州在使用鋁空氣電池的電動(dòng)汽車(chē)上，有過(guò)只更換一次鋁電極續(xù)駛里程達(dá)1600km的記錄。質(zhì)量輕我國(guó)開(kāi)發(fā)和研制的牽引用動(dòng)力型鉛酸蓄電池的總能量為13.5kWh，總質(zhì)量為375kg。而同樣能量的鋁空氣電池總質(zhì)量?jī)H45kg，為鉛酸蓄電池質(zhì)量的12%。由于電池質(zhì)量大大減輕，車(chē)輛的整備質(zhì)量也降低，可以提高車(chē)輛的裝載能量或延長(zhǎng)續(xù)駛里程。無(wú)毒危險(xiǎn)鋁對(duì)人體不會(huì)造成傷害，可以回收循環(huán)使用，不污染環(huán)境。鋁的原材料豐富，已具有大規(guī)模的鋁冶煉廠，生產(chǎn)成本較低。鋁回收再生方便，回收再生成本也較低。而且可以采用更換鋁電極的方法，來(lái)解決鋁空氣電池充電較慢的問(wèn)題。雖然鋁空氣電池含有高的比能量，但比功率較低，充電和放電速度比較緩慢，電壓滯后，自放電率較大，需要采用熱管理系統(tǒng)來(lái)防止鋁空氣電池工作時(shí)的過(guò)熱。缺點(diǎn)1.比功率較低，充電和放電速度比較緩慢;2.電壓滯后，自放電率較大;3.需要采用熱管理系統(tǒng)來(lái)防止鋁空氣電池工作時(shí)的過(guò)熱。優(yōu)化該款工業(yè)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)整合方案后，該電池可被用于攻克熱逃逸(thermalrunaway)問(wèn)題。該機(jī)構(gòu)發(fā)布了近20篇研究論文，并申請(qǐng)了20多項(xiàng)有關(guān)鋁空氣電池的技術(shù)專(zhuān)利。該研究團(tuán)隊(duì)論證了千瓦級(jí)石墨烯基鋁空氣電池系統(tǒng)，其能量密度高、電池容量高達(dá)20kWh，電量輸出國(guó)高達(dá)1000W。該款電池系統(tǒng)可同時(shí)為電視機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、電風(fēng)扇及60瓦燈泡持續(xù)供電20多個(gè)小時(shí)。該研究團(tuán)隊(duì)還建立了實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)線，目前還在研發(fā)一款5kW的鋁空氣電池。