高能量大功率铝空气电池技术2015.pdf

高能量大功率铝/空气电池技术 天津大学李振亚 一、发展铝/空气电池技术的重大战略意义 （一）战略定位 铝不仅是地球储量最丰富的金属，而且具有极高的比能 量。基于铝/空气电池技术构成的铝金属燃料发电技术有 望成为继水电、火电、核电之后的第四代发电技术，不 仅将提供一种新型高效、安全、清洁的电力能源，更重 要的是将有效缓解能源紧缺、环境污染与经济发展之间 的矛盾，同时将有效化解铝冶炼等行业产能过剩的问题， 并有效推动新能源汽车等相关产业的快速发展。对国民 经济发展具有战略意义。 （二）目标定位 高能量大功率铝/空气电池是中国技术水平领先世界的全 球首款“准核电”级金属燃料电池，不仅可以用作各种 便携式电源，而且可以制作成各种功率等级的动力电池、 贮备电源以及微电网发电站，安全、环保、经济，完全 符合国家新能源发展战略和目标要求。 二、铝/空气电池技术基本原理及特点 （一）基本原理 铝/空气电池是以金属铝为负极、空气电极为正极、中性或碱 性水溶液为电解质构成的新型高能量金属燃料电池。 （二）主要特点 铝/空气电池具有以下主要特点和优势： 1、高能量：铝/空气电池的理论质量比能量高达8100Wh/kg， 约是铅酸电池的48倍、镍氢电池32倍、锂离子电池的20倍。 2、大功率：能够大电流、持续放电，我们研制的铝/空气电 池模块比功率达到400W/kg以上。 3、环保：电解液是氢氧化钾水溶液或海水、食盐水，电池反 应生成物为氢氧化铝或偏铝酸纳，是重要工业原料。回收可完 全补偿电池发电运行所消耗铝电极的费用。电池从生产到产物 回收全过程全寿命零排放、无污染。 4、安全：使用全过程安全可靠，即使电池体撞裂，也不会产 生爆炸、燃烧和漏电等现象。 5、长寿命：铝/空气电池循环寿命大于1000次。我们研制的空 气电极可连续使用7000小时以上，性能保持不衰退。 6、低成本：铝/空气电池的制作和使用成本均低于铅酸电池。 三、铝/空气电池关键技术 （一）国内外研究概况 铝/空气电池技术于20世纪60年代问世。美、英、法、德、俄 等国先后进行了大量研究。早在70年代中，美国能源部、海军 就开始研究铝/空气电池作为车辆、水下航行器动力电源，至 今仍将其列为特殊技术的电池加以研发。国内天津大学、哈尔 滨工业大学、武汉大学、中南大学、中船重工集团等单位在氧 电极、合金阳极等方面做了部分研究工作。只有天津大学长期 全面深入地进行铝/空气电池技术研究。经过几十年的持续努 力，目前我们已经完全突破高能量大功率铝/空气电池关键技 术，掌握了铝金属燃料电池的制作技术。 （二）我们突破的关键技术 铝/空气电池的核心关键主要包括以下三个方面： 1、防水透气膜制作技术，不仅持续使用寿命长，而且可实现 空气电极的规模化生产。 2、不钝化、自放电小的五元合金铝电极制作技术，在碱性介 质中的利用率达90%以上，远高于国外报道的65%的利用率。 3、非铂高效廉价催化剂生产技术，大幅降低了铝/空气电池的 生产和使用成本。 四、典型应用：移动电站 （一）5kw铝/空气电池模块介绍 （二）10kw铝/空气移动电站介绍并展示 五、应用前景 无论是功能、性能，还是使用的安全性、经济性、环保性，铝 /空气电池都是目前最理想的高能清洁电池和电力能源，其推 广应用具有巨大的经济、军事和社会效益，有望形成数千亿甚 至数万亿元的新能源产业。 铝/空气电池主要有以下六个方面的应用前景：一是像市政电 网那样提供固定电力供应；二是用作车辆、潜艇等电机驱动动 力电源；三是用作独立发电源，取代各种燃油发电机；四是用 作与其他系统设备配套的常用电源或备用电源；五是用作消费 类电子设备电池；六是用作商业储能系统或战略能源贮备。