鋁空氣電池的應(yīng)用領(lǐng)域及前景

　　鋁空氣電池

　　鋁空氣電池的化學反應(yīng)與鋅空氣電池類似，鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、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，在電池放電時產(chǎn)生化學反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。

　　鋁空氣電池的化學反應(yīng)與鋅空氣電池類似，鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、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，在電池放電時產(chǎn)生化學反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。鋁空氣電池的進展十分迅速，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。

　　鋁空氣電池的應(yīng)用領(lǐng)域及前景

　　鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、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，在電池放電時產(chǎn)生化學反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。鋁空氣電池的進展十分迅速，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。

　　既然100公斤就能行駛3000公里，那為什么還要仍需保留鋰離子電池呢？而且要在鋰離子電池電量耗盡后才啟動？

　　我認為雖然優(yōu)點很優(yōu)，缺點也比較顯而易見： 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)來防止鋁空氣電池工作時的過熱

　　所以說前景的話，肯定是有的，但是在這些致命缺點解決以前，短時間內(nèi)是不會取代鋰離子電池。

　　各種空氣電池早已存在。屬于儲備電池范圍。想想沒電的時候換塊金屬塊，多完美。但是這類電池都有一個共性問題：沒有較完善的電解質(zhì)膜的解決方案，所以導(dǎo)致這一類電池的應(yīng)用始終無法擴大。這膜要保護金屬在堿液中的穩(wěn)定性，要以離子的方式傳輸電流，想想電池中隔膜加電解液的作用，想想鋰亞硫酰氯中鋰金屬的電解質(zhì)膜的作用。這些都是空氣電池要首先突破的。

　　附錄：鋁空氣電池迎契機 特斯拉專利瞄準金屬空氣電池

　　據(jù)媒體報道，日前在2014年亞特蘭大先進汽車電池會議上，美國鋁業(yè)公司與以色列Phinergy公司就Phinergy鋁-空氣電池的進一步研發(fā)問題簽訂了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。Phinergy鋁-空氣電池可以有效提高電動汽車的續(xù)航里程，其中聯(lián)合開發(fā)協(xié)議中具體業(yè)務(wù)范圍主要包括新材料、新工藝以及零部件等領(lǐng)域，且此次聯(lián)合開發(fā)的目的就是為了盡快地推動鋁-空氣電池的商業(yè)化進程。分析人士表示，除了美鋁的最新研究成果外，特斯拉的專利技術(shù)也在瞄準金屬空氣電池，未來不排除鋁空氣電池出現(xiàn)真正商業(yè)化契機的可能。 鋁空氣電池將成未來電池方向

　　據(jù)媒體報道，日前在2014年亞特蘭大先進汽車電池會議（該會議于2014年2月3日-7日于美國亞特蘭大舉行）上，美國鋁業(yè)公司與以色列Phinergy公司就Phinergy鋁-空氣電池的進一步研發(fā)問題簽訂了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。

　　鋁空氣電池作為非充電電池，早在20世紀60年代便已問世，并具有非常高的能量密度。鋁空氣電池由催化空氣陰極、電解質(zhì)和金屬鋁陽極組成，其理論能量比為8.1千瓦時/千克，僅次于鋰-空氣電池的13.0千瓦時/千克。然而，由于鋁空氣電池在放電過程中陽極腐蝕會產(chǎn)生氫，這不僅會導(dǎo)致陽極材料的過度消耗，而且還會增加電池內(nèi)部的電學損耗，因而嚴重阻礙了鋁-空氣電池的商業(yè)化進程。以往解決以上問題的方法主要是將高純度金屬鋁中摻雜特定的合金元素以提高金屬鋁陽極耐腐蝕性，或者在電解質(zhì)中添加腐蝕抑制劑。

　　美鋁公司執(zhí)行副總裁兼首席技術(shù)官Raymond Kilmer博士最新表示，美鋁公司在技術(shù)材料方面具有非常廣泛的專業(yè)知識，并且在新產(chǎn)品商業(yè)化方面具有豐富的經(jīng)驗，此次將Phinergy鋁空氣電池商業(yè)化對于Phinergy公司而言也非常具有吸引力。目前，汽車行業(yè)正在尋求一種可以替代傳統(tǒng)汽油的全新零排放無污染能源，而Phinergy鋁空氣電池可以保證汽車具有良好的巡航里程，因此該Phinergy鋁-空氣電池是最有可能替代傳統(tǒng)汽油實現(xiàn)零排放無污染的新能源。

　　Phinergy公司方面表示，已開發(fā)出一種金屬鋁陽極專有生產(chǎn)工藝，該工藝可以提高金屬鋁的能量利用，并降低不必要的化學反應(yīng)能量消耗。Phinergy公司還表示，其還開發(fā)了一套先進的電池管理系統(tǒng)，目的是為了提高電池的能量利用。Phinergy鋁空氣電池的空氣陰極配備有專用的銀基催化劑，其采用了獨特的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以使氧氣順利通過，而可以將二氧化碳阻隔在外。通過該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，Phinergy鋁空氣電池的空氣陰極可以有效避免電極的碳化問題，工作壽命也因此可以達到數(shù)千小時。Phinergy鋁空氣電池工作時，其內(nèi)部的金屬鋁反應(yīng)變?yōu)闅溲趸X。而氫氧化鋁可以經(jīng)過鋁廠加工進行回收利用，這樣便可以實現(xiàn)可持續(xù)利用。

　　根據(jù)Phinergy公司介紹，Phinergy鋁空氣電池中共包含50塊鋁板，其中每一塊鋁板所產(chǎn)生的能量都可以單獨驅(qū)動汽車行駛20英里，因此整個Phinergy鋁空氣電池的續(xù)航里程可以達到1000英里（約合1600千米）。另外，Phinergy鋁空氣電池也已經(jīng)成功集成應(yīng)用到了電動汽車展示中。除應(yīng)用在電動汽車行業(yè)中外，Phinergy還表示其金屬空氣電池還可以應(yīng)用于固定能源應(yīng)用，如醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心用商業(yè)應(yīng)急發(fā)電機，通用發(fā)電機以及可移動房屋、無人駕駛汽車等國防應(yīng)用等。

　　特斯拉專利瞄準金屬空氣電池

　　電動汽車最大的發(fā)展瓶頸來源于電池技術(shù)，因為電動汽車普遍存在充電時間長、行駛距離短等致命缺點。

　　不過這些致命缺點正在被攻克，一個叫Tesla Motors的公司最新泄漏的專利顯示，其已經(jīng)在汽車電池領(lǐng)域獲得重大突破。據(jù)媒體報道，該專利描述了此電池組由鋰離子和金屬空氣電池（lithium-ion and metal-air）組成，充一次電可以讓汽車行駛距離達400英里（約合650公里）。而英文字母E代表經(jīng)濟性，特斯拉Model E被寄予了鋪平電動汽車大規(guī)模應(yīng)用道路的厚望，預(yù)計這款電動汽車的售價為3萬美元，續(xù)航里程將達200英里。

　　另外，據(jù)外媒報道，特斯拉汽車公司于2010年12月8日提出了“電動汽車增程混合動力電池組系統(tǒng)”的專利申請，2013年6月25日美國專利局審核通過。這套混合動力總成不會配有汽油發(fā)動機，該專利所指的混合動力系統(tǒng)實際上是從電到電，使用兩種類型的電池，從理論上講能夠給予電動汽車更長的續(xù)航里程。

　　據(jù)介紹，特斯拉的“增程混合動力電池組系統(tǒng)”包含標準的鋰離子電池組、控制器和常規(guī)電動機。復(fù)雜的是，還另配有一個金屬空氣化學電池組。鋰離子電池組直接給車供電，金屬空氣電池組為鋰離子電池組提供電能。在特斯拉的專利設(shè)計中，金屬空氣電池組基本上取代了增程式內(nèi)燃機。金屬空氣電池能量密度高，能儲存更多的電能，理論上可以起到增程的作用，但其功率密度相對較低。

　　業(yè)內(nèi)人士表示，電動汽車要成為真正的主流產(chǎn)品，電池技術(shù)需要取得巨大飛躍。目前仍未跨過續(xù)航里程短、充電時間長、電池成本高三座大山，這意味著電動汽車不能平民化。特斯拉未來計劃推出的Model E正是一款針對普羅大眾的電動汽車產(chǎn)品。因此，特斯拉需要將電池成本壓縮到比現(xiàn)在更低的水平。

　　據(jù)悉，特斯拉所使用的高能量密度電池有一個巨大的缺點，即循環(huán)壽命低（500次循環(huán)周期），一個周期被定義為電池額定千瓦時的完整放電循環(huán)過程。而沃藍達（Volt）利用了額定功率的65%，每次完全放電使用了0.65生命周期。也就是說，特斯拉利用的電池額定功率接近90%，以85千瓦時版Model S為例，其單次充電續(xù)航里程為300公里，每次完全放電使用了0.9生命周期；行駛到10萬英里時，電池會放電333次；放電深度（DOD）達到90%，相當于300次循環(huán)，可輕易達到500次的循環(huán)周期。而沃藍達單次充電的續(xù)航里程僅為38英里，行駛到10萬英里時，電池循環(huán)周期必須達到1710次，比特斯拉高出很多。 有業(yè)內(nèi)人士指出，特斯拉的“專利”無非是一個混合動力電池，類似沃藍達的電池，可滿足日常駕駛（通常不超過40英里），每天需要充電。根據(jù)駕駛習慣統(tǒng)計，增程電池很少被使用，因此可以是循環(huán)壽命很低的化學成分。而且增程電池不一定必須由金屬空氣構(gòu)成，可以是任何能量密度高、循環(huán)壽命低、成本低的化學成分。因此，特斯拉的“增程混合動力電池組系統(tǒng)”只是一個延伸的理念，該理念是否可取，還需看特斯拉Model E電動汽車的表現(xiàn)。

　　內(nèi)地鋰電池市場近年來發(fā)展迅速。天能動力集團董事局主席張?zhí)烊卧诮邮苡浾咴L問時表示，集團正著手重點發(fā)展旗下鋰動力電池業(yè)務(wù)，未來將新增四條生產(chǎn)線，鋰電池產(chǎn)能將從原有的1.25GWH，提升1GWH或80%。