4倍于鋰電池，汽車(chē)都能“飛”起來(lái)？

最近記者從中國(guó)科學(xué)院官網(wǎng)了解到，寧波石墨烯研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了空氣陰極千瓦鋁空氣電池電源系統(tǒng)，近期推動(dòng)了金屬空氣電池的產(chǎn)業(yè)化。

什么是金屬空氣電池？簡(jiǎn)而言之，它是將金屬材料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電力的化學(xué)動(dòng)力。金屬空氣電池具有能量密度高，成本低，資源豐富，環(huán)保，放電，使用壽命長(zhǎng)，安全性等綠色無(wú)污染優(yōu)勢(shì)，已被國(guó)家列入“更加嚴(yán)峻的選擇 - 更嚴(yán)重的后果”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃“，也由國(guó)家發(fā)改委，能源局納入能源技術(shù)創(chuàng)新革命行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030）。

隨著智能電網(wǎng)，移動(dòng)通信，電動(dòng)汽車(chē)和緊急救援領(lǐng)域的發(fā)展，高能耗，低成本，小批量，長(zhǎng)期使用壽命的新型化工電源市場(chǎng)需求是不言而喻的。根據(jù)通信基站待機(jī)電源市場(chǎng)情況，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016年中國(guó)通信基站數(shù)量將近6萬(wàn)臺(tái)，傳統(tǒng)通信站大容量鉛酸蓄電池常用柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源系統(tǒng)中，目前鉛酸蓄電池高達(dá)1000多組，體積和質(zhì)量較大，每3?4年更換一次，使用壽命短。但是，具有較高比能量密度的金屬空氣電池（系統(tǒng)可以達(dá)到400w / Kg以上），儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)（15年），待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)（30?50h），適應(yīng)寬溫度范圍（-20℃） ?60℃）等，是鉛酸備用電源備選方案的優(yōu)秀替代通訊站。另外，金屬空氣電池的能量密度高達(dá)800wh / Kg，是目前商用鋰離子動(dòng)力電池的4倍以上，電動(dòng)汽車(chē)擴(kuò)展器應(yīng)用也具有吸引力的市場(chǎng)前景。

然而，金屬空氣電池行業(yè)的發(fā)展仍然面臨著許多技術(shù)瓶頸，影響其應(yīng)用推廣。其原因有四個(gè)方面：一是氧還原催化劑的催化活性不高，需要提高電極功率密度。第二是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的空氣陰極極化電阻大，難以滿足高功率輸出。第三，金屬陽(yáng)極嚴(yán)重腐蝕，陽(yáng)極利用率低。四是電池系統(tǒng)的熱控制問(wèn)題，導(dǎo)致電池系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不工作。

自2013年起，寧波材料啟動(dòng)金屬空氣電池動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室研究，石墨烯復(fù)合催化劑研究團(tuán)隊(duì)，新型空氣陰極結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極金屬合金化，單細(xì)胞制備等多個(gè)方面進(jìn)行了一系列進(jìn)展，其中包括使用石墨烯復(fù)合錳氧化物催化劑和新型石墨烯高效空氣陰極單體電池功率密度提高25％，大大提高了金屬空氣電池的整體性能。

該團(tuán)隊(duì)還研究了電池設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成。 2015年，開(kāi)發(fā)了能源密度400Wh / Kg，3kWh容量和300W鎂空氣電池電力系統(tǒng)。最近，是基于石墨烯空氣陰極千瓦鋁空氣電池電源系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，電池能量密度高達(dá)510wh / Kg，20KWH容量，輸出功率1000W。通過(guò)實(shí)際演示，該系統(tǒng)可以同時(shí)為電視機(jī)，電腦，風(fēng)扇和10至60瓦的燈泡，初步驗(yàn)證其電源容量。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還積極設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了5kW大功率鋁合金空氣電池系統(tǒng)，用于備用電源和電動(dòng)汽車(chē)。

據(jù)了解，金屬氣囊研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)出版了超過(guò)10篇SCI論文，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利20余項(xiàng)，已從關(guān)鍵材料和零件，電池，模塊式電池堆試驗(yàn)準(zhǔn)備，準(zhǔn)備近期推動(dòng)金屬空氣電池的產(chǎn)業(yè)化。

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