寧波材料研究院開發的石墨烯千瓦鋁空氣電（diàn）池

寧波材料研究院開發的石墨烯千瓦鋁空氣電池

為滿足發展智能電網、移動通信、電動汽車和應（yīng）急響應的需要，迫切需要開發新（xīn）的高能（néng）、低成本、小體積、長壽命的化學電源，金屬空（kōng）氣電池（又稱金屬燃料）是直接轉化金屬材料化學能的化學電源。金屬空氣（qì）電池具有能量密度高、價格低廉、資源豐富、綠色無汙（wū）染、放電壽命長（zhǎng）、安全環保等優點。已（yǐ）列入國家十三五戰略新興產業發展規劃（huá），並被國家發改委、能源局列入《能源技術（shù）革命與（yǔ）創新行動計劃（2016-2030）》，在（zài）通信基站備用（yòng）電源（yuán）市場，據《國家發展改革委》和《能源局》介紹。據Lete統計，2016年我國通信基站數量（liàng）近600萬（wàn）個，傳統的通信基站通常采用大容量酸電池作為備用電源係統。目前，使（shǐ）用的鉛酸電池超過1000萬隻。它（tā）們的體積和質量更大（dà）。34年更換（huàn）一次，使用壽命短，但金屬空氣電池具有比能量密度高（係統可達到400 Wh/kg及以（yǐ）上）、存儲時間長（約15年）、待機時間長（3050小時）、適（shì）應溫（wēn）度（dù）範圍寬（20、60）等（děng）優（yōu）點，是鉛酸蓄電池的優良替代品。通信基站的NDBY電源，金屬空氣電池的能量密度高達800Wh/kg，是目前商用鋰離子電池（chí）的四倍以上。在電動汽車裏程延長器的應用（yòng）方麵也有著誘人的市場（chǎng）前景。

然而，金屬空氣電（diàn）池產業的發展仍麵臨諸多技術瓶頸，影響其應用和推廣，其原因是：一是氧還原劑的催化活性不夠高，電極的功率密度有（yǒu）待提高；二（èr）是空氣陰極的極化電阻不足。n常規結構太大，無法滿足高功率輸出；三是金屬陽極自腐蝕導致陽（yáng）極利用率低；四是電池係統熱失控導（dǎo）致電池（chí）係統長期失效。2013年以來，鋰電池工程中已（yǐ）部（bù）署金屬空氣電（diàn）池。中國（guó）科學院（yuàn）寧波材料技術工程研究所實（shí）驗室。研究團隊（duì）在烯烴複合催化劑、新型（xíng）結（jié）構空（kōng）氣陰極、金屬陽極合金化、單電池製備技術等方麵取得了一係列進展，其中使用了（le）石墨烯複（fù）合錳基催（cuī）化劑和新型石墨烯基高效催化劑，空氣陰極（jí）提高了SiN的功率密（mì）度。GLE電（diàn）池提（tí）高了25%（見圖（tú）1），大大提高了金（jīn）屬空氣電池的（de）綜合性能，一係列研（yán）究工作發表在《國際電源雜誌》（2017，358，50）；《電源雜（zá）誌（zhì）》，2017，342，192；材料化（huà）學雜誌（zhì）A，2017，56411；RSC進展，2017，725838；ElectrochimicaActa，2016，214，49；Echimica Acta，2017，230，418；電化學學會雜（zá）誌，2017，418.164（7），F768；RSC進展，2017，7，5214；RSC進展，2016，6，99179；電源雜（zá）誌，2015，297，202。

2015年，本著材料對材料、材料對實施（shī）、設備對用的研究理念，研（yán）製成功了能（néng）量密度為400Wh/kg、容量為3kWh、輸出功率為（wéi）300W的鎂空（kōng）電池發電係統，最近研製成功了基於石墨的千（qiān）瓦級鋁空電池發電係統。已成功研（yán）製出東北空氣陰極（見圖（tú）2）。係統的能量密度高（gāo）達510 Wh/kg，容量為20 kWh，輸出功（gōng）率為1000 W，實（shí）際（jì）演示表明（míng），電池係統可以同時（shí）為（wéi）電視、計算機、電（diàn）風扇和10個60 W照明（míng）燈泡（pào）供電（見圖3）。初步驗（yàn）證了（le）鋁空氣電池係統的發電能力（lì）和供電能力，據（jù）報道，研究小組正在積極設計和開發一個5KW大功率鋁（lǚ）空氣電池（chí）係（xì）統，用於通信基站和電動（dòng）車輛擴展器的備用電源。

研究小組發表了十多篇SCI論文，申請了20多項金屬空氣電池專利（lì）。它具有關鍵材料和部件的小（xiǎo）型製備能力，單電池和模塊（kuài）化電池堆，並準備在不久的（de）將來促進金屬空氣電池的（de）產業化，該研究工作得到了寧波科技創新團隊和寧波自然科學基金會的（de）支（zhī）持。

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