用“鋁+水+空氣”發(fā)電，這項“黑科技”在寧波走向了市場。近日，從中科院寧波材料所獲悉，該所研發(fā)團隊?wèi)?yīng)用石墨烯對空氣陰極催化劑材料進行改性復(fù)合，大幅度提升了電池電化學(xué)性能。目前，這一電池已實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，即將被應(yīng)用于我市部分通信基站的備用電源中。

鋁燃料電池，又稱鋁空氣電池，是以鋁攝取空氣中的氧而氧化，與水化合轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸X的反應(yīng)作為燃料電池電極反應(yīng)，以電化學(xué)形式釋放能量的供能電池。

電極反應(yīng)：

負(fù)極：（Al）：4Al-12e-=4Al3+

正極：（Pt或Fe等）：3O2+6H2O+12e-=12OH-

總反應(yīng)式：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3↓

鋁燃料電池以鋁為負(fù)極（陽極）、氧為正極（陰極），以氫氧化鉀（KOH）或氫氧化鈉（NaOH）水溶液為電解質(zhì)。

早期鋁燃料電池負(fù)極材料多用純鋁，但由于純鋁鈍化效應(yīng)強，極化嚴(yán)重，會造成負(fù)極極化增大、電位正移和電壓滯后。因此現(xiàn)在的鋁燃料電池多以鋁合金作為負(fù)極。

鋁燃料電池是一種發(fā)電設(shè)備，運行過程中（如下圖所示）通過消耗鋁合金陽極、電解質(zhì)（液）水和空氣中的氧對外輸出電能，運行過程中有Al（OH）3產(chǎn)生，是一種很有商業(yè)價值的副產(chǎn)物。

其是在催化劑作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的一種化學(xué)電源，總反應(yīng)是鋁電解的逆過程。

“鋁燃料電池相當(dāng)于一個大功率、可自發(fā)電的‘充電寶’，通過簡單的加水或者加鋁操作便能發(fā)電。”團隊相關(guān)負(fù)責(zé)人薛業(yè)建說，這一電池系統(tǒng)具有能量密度高、安全、可循環(huán)、環(huán)保無污染等優(yōu)點。測評顯示，安裝了車載“充電寶”的新能源汽車，能大幅度提升行駛里程；通信基站使用鋁燃料電池后，遇到地震、臺風(fēng)等惡劣天氣時可及時供電。由于其額定功率與我國大多數(shù)基站功率需求一致，無需改變原有設(shè)備就能直接替換，因此，鋁燃料電池在智能電網(wǎng)、基站備用電源、島礁供電等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。“由于功率受限，目前的鋁燃料電池仍無法替代目前的新能源汽車動力電池，特別是加速、爬坡性能跟不上?！毖I(yè)建說，團隊將進一步提升電池性能，力爭研發(fā)出15千瓦額定功率以上的電源系統(tǒng)。

鋁燃料電池的發(fā)展史

世界上鋁燃料電池的較大規(guī)模研發(fā)始于上世紀(jì)60年代的美國。上世紀(jì)70年代，他們集中于航海航標(biāo)燈、礦井照燈等電源用電池的研究；

上世紀(jì)80年代，加拿大鋁電源公司（AluminumPower）采用鋁合金陽極和有效的空氣（氧）電極制成的電池體系在便攜式電源、備用電源推向市場，為鋁燃料電池的商化應(yīng)用作出了很大貢獻；

2014年6月國外媒體報道了美國鋁業(yè)公司與以色列菲涅金公司（Phinergy）聯(lián)合研發(fā)的動力鋁燃料裝置在汽車上進行路況試跑，續(xù)航里程達1600km的世界紀(jì)錄，在燃料電池發(fā)展史上具有里程碑意義，為動力鋁燃料電池的發(fā)展作出了巨大貢獻，使菲涅金公司成為世界鋁燃料電池的領(lǐng)跑者。

這種鋁燃料電池系統(tǒng)陽極由50塊鋁板組成，每塊質(zhì)量500g，總質(zhì)量25kg，每一塊鋁板提供的電力可使電動汽車行駛32km。

2014年2月，美國鋁業(yè)公司與菲涅金公司就鋁燃料電池的進一步開發(fā)簽訂了合作協(xié)議，并于6月初在加拿大蒙特利爾一級方程式賽道上對鋁燃料電池電動汽車進行了試駕。2017年，其實現(xiàn)了電動汽車專用鋁燃料電池批量生產(chǎn)，并推向世界市場。

中國對鋁燃料電池研發(fā)始于上世紀(jì)90年代，現(xiàn)已成為世界較大的鋁燃料電池研發(fā)與生產(chǎn)國，但研發(fā)技術(shù)與美國、以色列相比，還有一些差距。

中國從事相關(guān)技術(shù)研究的單位主要有中國科學(xué)院過程工程研究所、大連物理化學(xué)研究所、船舶重工712所、北京大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢大學(xué)、天津大學(xué)、北京有色金屬研究總院、四川德陽東深新能源科技有限公司、臺州非常新能源科技有限公司、云南冶金集團創(chuàng)新金屬燃料電池股份有限公司等。

鋁燃料電池在前幾年的發(fā)展較為迅速，已經(jīng)應(yīng)用于純電動汽車供能等方面。