铝空气电池在新能源汽车上的应用前景

加拿大蒙特利尔国际铝业会议期间，以色列Phinergy公司与美国铝业公司（Alcoa）在维伦纽夫测试了双方共同开发的铝空气电池赛车场。

雪铁龙C1电动汽车经过测试，其续航里程是特斯拉Model S电动汽车的两倍多。

铝空气电池的组成和特点是什么？在新能源汽车上的应用前景如何？我国可以利用新能源汽车来发展吗？我们对此进行了深入的研究分析，希望能为我国新能源汽车的发展提供参考。

铝空气电池研究新进展。

铝空气电池的组成和特性。

铝空气电池是以铝合金为负极、空气电极为正极、中性水溶液或碱性水溶液为电解质组成的高能化学电源。

它是一种半燃料电池。

铝空气电池理论能量密度可达Wh/kg，已规模化应用的产品能量密度为Wh/kg，远高于主流锂离子电池电芯的能量密度Wh /公斤。

铝空气电池消耗铝、氧气和水来发电。

原料来源丰富。

工作过程不产生有毒有害气体。

生成的氢氧化铝可电解再生或用作污水处理的沉淀剂。

电池寿命一般可达3-4年。

铝空气电池可分为一次电池和通过更换铝负极进行机械充电的二次电池。

国外研究进展迅速，应用水平不断提高。

美国、加拿大、以色列等国家正在大力发展铝空气电池作为动力源，以提高铝的利用率、降低空气电极催化剂成本、提高循环寿命。

20世纪90年代末，前南斯拉夫贝尔格莱德冶金研究所和美国电工研究公司分别研制出中性和碱性铝空气电池。

通过补充原铝电极，电动汽车可以行驶数公里； 20世纪90年代，加拿大铝业公司推出能量密度为Wh/kg的铝空气电池，并装备多辆电动汽车进行试运行；美国2016年推出能量比达到Wh/kg的铝空气电池，并突破集成技术，电池组容量可达Ah以上；美国劳伦斯 在美国能源部的资助下，利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 开展了金属空气电池替代内燃机的研究。

与陶氏化学等公司联合成立的Voltek公司开发出了世界上第一个可快速更换的铝电池。

实用化的合金阳极动力铝空气电池系统，根据整车负载测试结果，电池组效率从65%提高到90%以上； 2017年，以色列Phinergy公司和美国铝业公司在小型化铝空气电池研发方面取得进展。

雪铁龙C1电动汽车搭载了两家公司联合开发的能量密度为Wh/kg和kg的重型铝空气电池组，续航里程可达公里。

铝空气电池 铝空气电池距离成为主导动力电源仍有差距。

铝空气电池是电源的潜在竞争对手。

目前，动力电池是制约电动汽车发展的主要因素。

提高电池的能量密度已成为动力电池的重点突破方向之一。

从能量密度、充电速度、成本和环保等方面综合评价，铝空气电池较镍氢电池、锂离子电池具有明显优势，成为电动汽车电源的有力竞争者。

首先，目前规模化生产的铝空气电池能量密度已达到Wh/kg。

相同重量的铝空气电池可以让电动汽车行驶更远的里程；其次，采用机械“充电”的铝空气电池只需几分钟即可充满电。

完成铝合金电极的更换并恢复充满状态，比电化学充电速度快得多；第三，铝材料丰富且价格低廉，电极利用率可达90%以上，大大降低了铝空气电池的成本。

功率密度和重量限制了铝空气电池在大功率电动汽车中的应用。

虽然铝空气电池在能量密度方面具有显着优势，但其所能达到的最高功率密度仅为W/kg，远远落后于锂离子动力电池的W/kg功率密度。

kg铝空气电池可提供的最大功率为20kw，只能满足目前市场上极少数小型低功率电动汽车的电池组需求。

如果绝大多数在售纯电动汽车单独使用铝空气电池，将很难满足驾驶员对最高最大功率的要求。

对于车辆速度和加速性能要求，如果需要获得与锂离子动力电池相同的功率，铝空气电池组的重量约为锂离子电池组的4倍甚至更高。

混合动力系统可能成为加速铝空气电池应用的有效解决方案。

由于铝空气电池功率密度低的问题，锂离子电池的能量密度需要相对较长的时间才能突破。

由铝-空气电池和锂离子电池组成的混合动力系统有望成为当前电动汽车平衡加速性能和提高续航里程的理想选择。

首选应用方案，将加速铝空气电池在纯电动汽车上的应用。

特斯拉在2017年研究类似解决方案取得了进展，并申请了“电动汽车增程混合电池组系统”专利。

该专利电池组使用两种类型的电池：锂离子和金属空气。

其混合动力系统是从电到电，在运行过程中由锂离子电池组直接为汽车供电。

金属空气电池组利用其能量密度高的优势，可以储存更多的电能，为锂离子电池组提供电能，最终达到增加续航里程的目的。

我国需要跟进铝空气电池技术研究，紧跟技术发展新趋势，努力在关键材料、零部件和工艺技术上取得突破。

依托“强工业基础专项行动”，发挥市场在资源配置中的决定性作用，围绕“应用牵引、平台支撑、重点突破”的发展思路，支持企业和企业发展。

在铝空气电池领域具有基础优势的科研机构跟上。

铝空气电池技术发展新趋势重点突破铝合金电极、银基催化剂等关键材料、铝空气电池电源管理系统等关键零部件、高利用率铝合金电极生产技术和成组铝空气电池电池电极快速更换技术等关键技术。

支持协同创新，为新型动力电池发展奠定坚实基础。

支持成立产学研用联合举办的电动汽车动力电池研究机构，以新型动力电池工程应用研究为重中之重，以推动产业应用为目的，充分发挥市场竞争和市场调节的作用。

采用市场化运作模式，加强新型动力电池、多型电池混合动力管理系统、动力电池模组等关键零部件的核心技术、相关产品和标准的研发投入和协同创新，建立标准化动力电池体系。

电池产品及零部件系统。

形成“技术成果有偿开放使用、合作建设者按股权分配营业收入”的良性发展机制，逐步构建新型动力电池发展的坚实基础。

开展国际合作，加快引进先进铝空气电池技术。

鼓励企业开展国际合作，依托我国巨大的市场需求优势，与以色列Phinergy公司、美国铝业公司等拥有先进铝空气动力电池技术的企业合作，建立合资企业或引进先进技术，充分利用合资合作产生效益技术溢出带动铝空气动力电池自主创新发展；鼓励有条件的企业实施“走出去”战略，支持企业通过海外并购获得铝空气动力电池核心技术。