新能源新材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，始終推進(jìn)了科技的發(fā)展，從而促進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步。電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車的普及，使各種類型的電池應(yīng)運(yùn)而生。近來(lái)，一則鋁空氣電池的新聞吸引了眼球。

　　

　　從中科院寧波材料所獲得最新消息，該所研究團(tuán)隊(duì)已研制出基于石墨烯空氣陰極的千瓦級(jí)鋁空氣電池發(fā)電系統(tǒng)。他們采用石墨烯復(fù)合錳基氧化物催化劑以及新型石墨烯基高效空氣陰極將單體電池功率密度了提高25%，大幅度提升了金屬空氣電池綜合性能。該電池系統(tǒng)能量密度高達(dá)510 Wh/kg、容量20 kWh、輸出功率1000 W。

　　

　　通過(guò)實(shí)際演示顯示，該電池系統(tǒng)可同時(shí)為一臺(tái)電視機(jī)、一臺(tái)電腦、一臺(tái)電風(fēng)扇以及10個(gè)60瓦照明燈泡同時(shí)供電，初步驗(yàn)證了鋁空氣電池系統(tǒng)的發(fā)電供電能力，是新能源和新材料領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。

　　

　　鋁空氣電池本質(zhì)上屬于燃料電池，是一種將金屬材料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。

　　

　　鋁空氣電池在單體電池中以鋁為負(fù)極、氧為正極，在工作時(shí)只消耗鋁和少量的水，當(dāng)鋁和水消耗完了就沒(méi)法工作了。它是一次電池，不能充電，需要更換鋁電極才能繼續(xù)工作。這類電池理論上的正極活性物質(zhì)的量是無(wú)限的，所以電池理論容量主要取決于負(fù)極金屬的量，這類電池?fù)碛懈蟮谋热萘俊Ｗ鳛橐环N特殊的燃料電池，鋁空氣電池在軍事、民用、以及水底動(dòng)力系統(tǒng)、電信系統(tǒng)后備動(dòng)力源和便攜式電源等應(yīng)用方面具有巨大的商業(yè)潛力。

　　

　　鋁空氣電池的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

　　

　　①比能量大，鋁空氣電池的理論比能量可達(dá)8100Wh/kg；

　　

　　②質(zhì)量輕，同樣能量的鋁空氣電池總質(zhì)量?jī)H為鉛酸蓄電池質(zhì)量的12%；

　　

　　③無(wú)毒危險(xiǎn)，可以回收循環(huán)使用；

　　

　　④鋁原材料豐富。

　　

　　鋁空氣電池的劣勢(shì)也很明顯：

　　

　　①是一種釋放電能的化學(xué)反應(yīng)裝置，不能反復(fù)充電，需要更換鋁電極才能繼續(xù)工作；

　　

　　②雖然鋁空氣電池含有高的比能量，但比功率較低；

　　

　　③充電和放電速度比較緩慢，電壓滯后，自放電率較大；

　　

　　④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。

　　

　　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)汽車上，有過(guò)只更換一次鋁電極續(xù)駛里程達(dá)1600km的記錄。

　　

　　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，車輛的整備質(zhì)量也降低，可以提高車輛的裝載能量或延長(zhǎng)續(xù)駛里程。

　　

　　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。

　　

　　美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的鋁空氣電池儲(chǔ)存了可行駛3000公里的足夠電量。使用這種電池的汽車仍需保留鋰電子電池，鋁電池只在鋰電池電量耗盡后才啟動(dòng)，因此可以用很長(zhǎng)時(shí)間，期間只需每月加注清水。通常在一年左右達(dá)到使用極限后，到服務(wù)站更換新的鋁板即可。

　　

　　鋁空氣電池的研發(fā)已經(jīng)有70多年的歷史，在美國(guó)主要用于美國(guó)軍方和航空航天總署，鋁空氣電池在火星上運(yùn)行已達(dá)13年，而且仍在正常運(yùn)行。