鋁燃料電池由于具有比能量高、適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、民用、以及電信系統(tǒng)后備動力源、便攜式電源和新能源汽車動力電池等應(yīng)用方面具有巨大的商業(yè)潛力，成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)。但由于其存在一些技術(shù)瓶頸仍未解決，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)速度緩慢。
日前，記者在十五屆中國國際鋁工業(yè)展獲悉，中鋁集團(tuán)旗下從事金屬空氣電池產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)——寧波烯鋁新能源有限公司（簡稱“烯鋁公司”）突破了鋁燃料電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)瓶頸，在展會上首次隆重發(fā)布了三款產(chǎn)品：鋁燃料通信備用電源、便攜式鋁燃料應(yīng)急電源、水電熱一體鋁燃料應(yīng)急保障設(shè)備，并即將實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
據(jù)悉，上述三款產(chǎn)品響應(yīng)國家在能源上的戰(zhàn)略需要，貼合軍用和民用的應(yīng)急、備用領(lǐng)域的迫切需求，電池性能顯著領(lǐng)先，受到了廣泛的關(guān)注，在行業(yè)內(nèi)反響巨大。
鋁燃料電池性能優(yōu)越
隨著人類社會進(jìn)步與發(fā)展，為避免傳統(tǒng)化石能源的過度消耗和二氧化碳溫室氣體排放等問題，對能源產(chǎn)業(yè)的升級以及清潔能源的使用日益受到關(guān)注。尤其是近年來，隨著新能源汽車、智能微電網(wǎng)及5G移動通訊等技術(shù)的快速發(fā)展，人類社會發(fā)展對電力能源的依賴程度越來越強(qiáng)，人類社會活動對電源需求以及經(jīng)濟(jì)性要求越來越高。然而，現(xiàn)有的燃油發(fā)電機(jī)組及各類化學(xué)電源（如鉛酸電池、鋰離子電池、氫燃料電池等）難以完全滿足人們對電源的安全性、經(jīng)濟(jì)性和長續(xù)航等多樣化需求。尤其在應(yīng)急電源環(huán)境污染、重大災(zāi)害水電熱應(yīng)急保障、動力電池續(xù)航時間短、戰(zhàn)時供電安全與戰(zhàn)略替代能源等軍用和民用的痛點(diǎn)難題上，傳統(tǒng)能源體系難以提供合適的電源解決方案。
金屬空氣電池，又稱為金屬空氣燃料電池或金屬燃料電池，是一種將鎂、鋁等輕金屬為燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電/儲能裝置。它具有比能量密度高、成本低、安全性高、低熱輻射、低噪音、儲存時間久、放電壽命長、適配溫度范圍寬、資源豐富及綠色無污染等優(yōu)勢；尤其是比能量密度遠(yuǎn)高于其它傳統(tǒng)電池，其中鋁的理論能量密度可達(dá)8140瓦時/公斤，是當(dāng)前商業(yè)化鋰離子電池的數(shù)十倍，因此，被稱為“面向21世紀(jì)的綠色能源”。
鑒于金屬空氣電池具有的上述優(yōu)點(diǎn)，其作為應(yīng)急、備用電源非常適合用于解決軍用和民用的某些場景的痛點(diǎn)難題。金屬空氣電池已明確被國家列入《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃（2016-2030年）》中，可望實(shí)現(xiàn)在電動汽車、智能微電網(wǎng)、通訊基站與應(yīng)急救災(zāi)等領(lǐng)域的規(guī)模應(yīng)用。
中鋁突破鋁燃料電池
產(chǎn)業(yè)化技術(shù)瓶頸
正是看到了鋁空氣電池的性能優(yōu)勢，以及其在解決軍用供電安全性、重大自然災(zāi)害時的供電以及動力電池續(xù)航等問題上的潛力，中鋁集團(tuán)積極響應(yīng)國家能源技術(shù)革命的號召，主動開展戰(zhàn)略新能源新材料的技術(shù)研究開發(fā)和項(xiàng)目投資合作，通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的創(chuàng)新活動提供貼合產(chǎn)業(yè)需求的能源解決方案，引領(lǐng)能源技術(shù)革命新趨勢，推動中國金屬空氣電池事業(yè)向前發(fā)展，為解決軍用和民用的應(yīng)急備用電源的痛點(diǎn)難題貢獻(xiàn)力量。今年3月，中鋁集團(tuán)旗下中鋁創(chuàng)新開發(fā)投資有限公司出資成立烯鋁公司。
烯鋁公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)核心成員、中鋁中央研究院東南分院熔鑄研究所所長何立子教授告訴記者，為了實(shí)現(xiàn)鋁燃料電源系統(tǒng)在通信基站、應(yīng)急救災(zāi)和軍事應(yīng)急保障能源等領(lǐng)域的示范運(yùn)行和規(guī)模應(yīng)用，烯鋁公司與中鋁中央研究院東南分院、中科院寧波材料所、浙江省石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心緊密合作，集合多方技術(shù)優(yōu)勢和力量，結(jié)合擁有的石墨烯空氣電極技術(shù)、鋁陽極技術(shù)、電源及系統(tǒng)集成控制技術(shù)，積極推進(jìn)高性能石墨烯基鋁燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化工作。
在研發(fā)過程中，創(chuàng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)突破了鋁燃料電池的諸多技術(shù)瓶頸，如氧催化劑活性不高、空氣陰極極化電阻較大、鋁陽極自腐蝕嚴(yán)重、熱失控及難以二次啟動等。在鋁合金電極制備方面提出多元合金化結(jié)合微觀組織結(jié)構(gòu)調(diào)控的全新設(shè)計(jì)思路，降低了自腐蝕速率，同時提高了鋁電極的電化學(xué)腐蝕電位的電負(fù)性，大幅度提升了鋁陽極的燃料利用率；在空氣陰極制備方面充分利用石墨烯材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及協(xié)同催化等優(yōu)點(diǎn)，大幅度降低了電池的歐姆極化電阻及反應(yīng)過電位，顯著提升了電池的功率輸出性能；在電池堆模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，巧妙地采用散熱件與集流件一體化技術(shù)，攻克了鋁燃料電池實(shí)用化過程中的熱逃逸難題；在電源系統(tǒng)集成方面，大膽創(chuàng)新的提出流場、溫度場及控制信息流的實(shí)時多向聯(lián)動的電源管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，突破了免清洗和無水冷系統(tǒng)的集成技術(shù)瓶頸，集成方案國內(nèi)領(lǐng)先，為國內(nèi)外首創(chuàng)。
鋁燃料電池前景看好
需行業(yè)攜手共推
烯鋁公司總經(jīng)理龍江濤表示，該公司目前批量生產(chǎn)的核心部件性能如電解液消耗量等，比同類產(chǎn)品性能高出兩倍以上；并已成功開發(fā)鋁燃料通信備用電源、便攜式鋁燃料應(yīng)急電源及水電熱一體鋁燃料應(yīng)急保障設(shè)備三大系列產(chǎn)品。
據(jù)介紹，烯鋁公司研發(fā)的便攜式鋁燃料應(yīng)急電源系列產(chǎn)品，主要針對野營、野戰(zhàn)分隊(duì)、救援分隊(duì)等野外供電難、隱蔽難等問題而研制，具有體積小、重量輕、便于攜帶、噪音/紅外特征低等優(yōu)點(diǎn)?？山鉀Q“電從哪來”的問題，只要有水便能供電，一般滿載連續(xù)供電10小時以上，且可快速更換鋁燃料實(shí)現(xiàn)超出時間連續(xù)供電。
水電熱一體鋁燃料應(yīng)急保障設(shè)備系列產(chǎn)品則主要解決駐訓(xùn)、野外勘探、應(yīng)急救援、戰(zhàn)時應(yīng)急保障等無市電情況下的水電熱保障難題。產(chǎn)品使用普通水源（包括河水、雨水等）便能實(shí)現(xiàn)供電、供水和供熱功能，通過一體化便攜設(shè)備、方艙等解決野外、災(zāi)區(qū)安置點(diǎn)或城市避難所等不同場景的供電、供水、供熱需求。據(jù)悉，這款產(chǎn)品也填補(bǔ)了國內(nèi)空白。
鋁燃料通信備用電源系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，為3kW功率輸出的電源系統(tǒng)，并可根據(jù)客戶需求實(shí)現(xiàn)模塊化擴(kuò)展至4.5kW、6kW、10kW、12kW及以上等系列產(chǎn)品。主要針對傳統(tǒng)通信基站鉛酸電池重量體積大、備電時間短和使用壽命短，燃機(jī)發(fā)電機(jī)組噪音擾民、5G基站擴(kuò)容難等痛點(diǎn)研制。在相同情況下，備電時間將延遲2倍以上，可應(yīng)用于全國198萬余座通信基站及其它通信系統(tǒng)的備用電源。據(jù)了解，這款產(chǎn)品預(yù)計(jì)將于今年9月份在鐵塔、電信、移動、聯(lián)通等基站上進(jìn)行試用，代替原來的柴油發(fā)電機(jī)和鉛酸電池作為備用電源。
對于鋁空氣電池的發(fā)展前景，龍江濤十分看好。他表示，盡管目前整個行業(yè)仍處于推廣應(yīng)用階段，行業(yè)面臨鋁空氣電池生產(chǎn)企業(yè)少，上下游配套企業(yè)少，概念性、實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品多，真正應(yīng)用的產(chǎn)品少等問題，但市場前景十分廣闊，金屬燃料電池的發(fā)展也已經(jīng)進(jìn)入了快車道，需要行業(yè)企業(yè)共同努力，一起攜手推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
他透露，目前烯鋁公司一期項(xiàng)目正在建設(shè)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)能為3000臺套，預(yù)計(jì)將于今年9月投產(chǎn)，二期年設(shè)計(jì)產(chǎn)能為10000臺套，公司下一步將積極研發(fā)冷鏈車、無人駕駛車、無人機(jī)等特種領(lǐng)域的鋁燃料動力電池。