李璇|文

這是個啥東西？大家說起鉛酸蓄電池、鋰電池都略知一二，然而對于“鋁空氣電池”這個新鮮玩意兒，頓時“不明覺厲”。是的，鋁空氣電池研發(fā)應(yīng)用近幾年剛剛起步，是一種很有發(fā)展前途的新型燃料電池。

原理貌似很簡單

先插一句題外話：我們必須為電解鋁正名。電解鋁不是高能耗行業(yè)，而是高載能行業(yè)，一字之差，謬之千里。鋁是由氧化鋁通過電解，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，形成了液態(tài)鋁金屬溶液，這個過程中，需要耗費大量的電能，現(xiàn)階段每噸電解鋁需要消耗大約14000度電。但是，從某種意義上講，一萬多度電不是白白丟掉了，而是“變化”成金屬鋁儲存起來了。

那么，問題來了，能不能逆向思維一下？把金屬鋁里面“存”的電想辦法還原出來？

原理正解如下：鋁空氣電池以含量99.99%的高純鋁為負極、空氣中的氧氣為正極，以氫氧化鉀和氫氧化鈉水溶液為電解質(zhì)，發(fā)生與電解鋁生產(chǎn)相逆反的反應(yīng)，就能還原出大量的電能?？炊藛?？來換一個說法：把氧化鋁電解成金屬鋁，需要電；把鋁還原成氧化鋁，放出電。原理貌似很簡單，但在實際研發(fā)過程中，受鋁的純度、電極、容器、溶液等一系列復(fù)雜條件影響，不是你想像得那么簡單。

鋁空氣電池有哪些特征

鋁空氣電池具有比能量大、質(zhì)量輕、廢物無毒害等特點。

先科普一下啥叫“比能量”：比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積內(nèi)所能輸出的電能。假如同樣50公斤重的A和B兩種電池，A電池能讓電動車跑100公里，B電池能讓電動車跑50公里，那么，在A和B兩種電池的比較中，A電池的比能量大。

從理論上講，鋁空氣電池的比能量可達8100Wh/kg，而實際上，由于鋁合金純度、使用環(huán)境等限制，目前鋁空氣電池的實際比能量只達到350Wh/kg，盡管如此，其能量密度也相當(dāng)于鉛酸電池的7～8倍、鎳氫電池的5.8倍、鋰電池的2.3倍。

在質(zhì)量方面，假如把儲能13.5kWh的鉛酸蓄電池與鋁空氣電池相比，前者總質(zhì)量為375kg，而同樣能量的鋁空氣電池總質(zhì)量僅45kg，為鉛酸蓄電池質(zhì)量的12%。

雖然叫鋁空氣電池，但是這種電池不能充電，（重要的話說一遍），而是采用在專業(yè)的服務(wù)站更換電極的方式。

為什么家用汽車幾個月不開的話，會出現(xiàn)打不著火的現(xiàn)象？這是因為車內(nèi)的鉛酸蓄電池容量下降，不足以啟動馬達。市場上其它種類的蓄電池，都會出現(xiàn)長期不使用的緩慢損耗現(xiàn)象。而以氫氧化鉀和氫氧化鈉水溶液為電解質(zhì)的鋁空氣電池，長時間存放沒有損耗，使用前，只需注入水，就可以實現(xiàn)放電。

目前只能作為能源包

傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等，可以直接作為動力電池，驅(qū)動電動汽車、電動自行車等，這類電池受電池容量和體積限制，本身的比能量不高，需要經(jīng)常充電。鋁空氣電池雖然比能量很高，但是它有它的先天不足，就是——放電功率很小。以電動汽車為例，一般家用的小型電動汽車、老年代步車等，電機功率為2000W-3000W之間，直接用鋁空氣電池驅(qū)動電機，“臣妾做不到”，如果用鋁空氣電池給LED燈泡供電，作為野外照明之用，那倒是沒問題。那么，如何把鋁空氣電池作為電動汽車的電源呢？

或許有人從充電寶上得到了啟發(fā)。手機電池的電快用完了，于是用一塊大容量的充電寶給手機電池充電。同樣道理，能不能把鋁空氣電池作為特大型的“充電寶”呢？

于是，一種全新的“電—電混合模式”橫空出世：鋁空氣電池作為能源包，再配置一套鋰電池或鎳氫電池，成為一種新型的電池組合。鋁空氣電池比能量大、放電時間長，鋰電池、鎳氫電池輸出性能好、充電效率高，兩者“強強聯(lián)合”，形成“鋁空氣電池→鋰電池/鎳氫電池→電動汽車”的聯(lián)合行動。在“電—電混合模式”中，鋁空氣電池充當(dāng)了能源包、能量庫的作用。

技術(shù)還待成熟

國家鼓勵新能源汽車發(fā)展，這一點毋庸置疑?，F(xiàn)階段，續(xù)航里程、充電樁設(shè)置、電池成本成為制約新能源汽車發(fā)展的三大因素，其中續(xù)航里程成為最大短板。假如你買一輛電動車，從北京開往內(nèi)蒙古草原，中間得充多少次電?。考幢闶悄壳芭艿米钸h的電動車特斯拉S型，鋰電池驅(qū)動下，最大續(xù)航只有480公里，除非每隔一定距離修建充電樁，否則難以實現(xiàn)遠途旅行。況且，你還得有充電的時間啊。

我國電解鋁產(chǎn)能相對過剩，促進鋁應(yīng)用成為化解過剩的主要途徑。如果把鋁空氣電池進行規(guī)?；a(chǎn)，廣泛應(yīng)用于新能源汽車，既能給鋁應(yīng)用找一條全新出路，又在很大程度上提高了電動汽車的續(xù)航里程，將給人們帶來極大的方便。

但是，很遺憾，大多數(shù)人還是沒有聽說過鋁空氣電池。這個“高大上”的新東西，沒有飛入尋常百姓家，原因林林總總，歸根到底，主要是技術(shù)原因。

鋁空氣電池的主要原料是鋁，如果金屬鋁中含有一點點其它雜質(zhì)，在放電過程中產(chǎn)生的附生物就很復(fù)雜，影響導(dǎo)電率，從而降低電池組的性能。鋁空氣電池組中的起停裝置、堿液的更換，短路狀態(tài)的控制、更換鋁電池的方法等等，涉及到材料、冶煉、化工、機械等一系列領(lǐng)域。再加上鋁空氣電池是一個半開放的結(jié)構(gòu)，與外界不僅有熱交換，在放電過程中還會產(chǎn)生氫氣，系統(tǒng)安全性還有待進一步提高。

因此，據(jù)記者本人所知，鋁空氣電池用于電動汽車尚未成熟穩(wěn)定，目前還停留在研發(fā)與完善階段。

至于成本因素，由于鋁空氣電池的主要成分是金屬鋁、塑料、炭黑和催化劑以及若干連接導(dǎo)線，鋁價如今保持在13000元/噸以內(nèi)，而且供給充足，按照測算，成本應(yīng)該不會太高。

實驗與應(yīng)用

2014年8月，美鋁加拿大公司和以色列Phinergy公司在蒙特利爾向大眾展示了一種具有超級續(xù)航能力的電池技術(shù)。這種重100公斤的鋁空氣電池，儲存了可行駛3000公里的足夠電量。理論上，可以從多倫多開到1800公里外的哈利法克斯，連續(xù)行駛19個小時。據(jù)介紹，使用這種電池的汽車仍然保留著鋰電子電池，鋁空氣電池在鋰電池電量耗盡后才啟動，期間只需每月加注清水，通常在一年左右達到使用極限后，到服務(wù)站更換鋁空氣電池即可。老外就是厲害啊，然而，這次實驗之后，并沒有后續(xù)實質(zhì)性的規(guī)?；瘧?yīng)用。

在中國，吉利汽車研究院曾做過相關(guān)的實驗，結(jié)果驗證了鋁空氣電池只能作為“能源包”使用?！斑@就相當(dāng)于一輛燃油汽車，油箱很大，但發(fā)動機很小，可以走很長的路，但走得很慢。”

2016年7月，在上海召開的中國國際鋁加工論壇上，來自浙江臺州非常新能源科技有限公司總經(jīng)理張樹雄在作專題報告時，詳細介紹了該公司的鋁空氣電池研發(fā)情況。

2014年8月，該公司完成了國內(nèi)首次試驗性路試，配備的鋁空氣電池輸出直流72V，1200Ah容量，重150公斤，可以驅(qū)動吉利熊貓汽車行駛600公里以上。據(jù)張樹雄介紹的路試結(jié)果顯示，與鋰電池相比，鋁空氣電池能量大，重量輕，續(xù)航里程長，安全可靠，性能穩(wěn)定，但是動力性能不足，需要與其他蓄電池配套使用。

鋁空氣電池除了在電動汽車上需要與其它電池配套外，在輸出功率不大、需要長時間供電的場所，完全可以替代其它電池直接使用，例如通訊基站、野外照明、應(yīng)急電源等。另外，在軍事領(lǐng)域的無人機、潛艇、通訊、監(jiān)控設(shè)施等，可以得到廣泛應(yīng)用。

在廣大工廠和農(nóng)村，還有各式各樣的電動搬運車、電動叉車、老年代步車、電動自行車等等，如果在未來幾年，鋁空氣電池這項技術(shù)能夠成熟應(yīng)用，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，必將掀起新一輪的電池革命風(fēng)暴，試想，開著一輛鋁空氣電池的電動汽車，只管跑，不加油，只加水，是件多么美好的事情。