【成果簡介】

    近日，中科院寧波材料所研究員劉兆平團(tuán)隊(duì)，在鋁空氣電池的研究上取得了重大系列突破，采用石墨烯復(fù)合錳基氧化物催化劑以及新型石墨烯基高效空氣陰極將單體電池功率密度提高了25% ，大幅度提升金屬空氣電池綜合性能。相關(guān)成果以“Performances of an Al–0.15 Bi–0.15 Pb–0.035 Ga alloy as an anode for Al–air batteries in neutral and alkaline electrolytes”為題發(fā)表于英國皇家化學(xué)會的期刊 RSC Advances上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 石墨烯基陰極與常規(guī)陰極的電化學(xué)性能比較

圖2 1000W鋁空氣電池發(fā)電

圖3 鋁空氣電池發(fā)電系統(tǒng)演示現(xiàn)場

【研究內(nèi)容】

    金屬空氣電池（也稱為金屬燃料電池）是一種將金屬材料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。金屬空氣電池具有能量密度高、價(jià)格低廉、資源豐富、綠色無污染、放電壽命長與安全環(huán)保等優(yōu)勢。然而，金屬空氣電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然面臨諸多技術(shù)瓶頸，影響了其應(yīng)用推廣。究其原因有四方面：一是當(dāng)前研發(fā)應(yīng)用的氧還原催化劑催化活性不夠高，電極功率密度有待提升；二是常規(guī)結(jié)構(gòu)的空氣陰極極化電阻較大，難于滿足高功率輸出；三是金屬陽極自腐蝕情況嚴(yán)重，導(dǎo)致陽極利用率不高；四是電池系統(tǒng)熱失控問題，導(dǎo)致電池系統(tǒng)無法長時(shí)間工作。自2013年，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室部署了金屬空氣電池研究，研究團(tuán)隊(duì)在石墨烯復(fù)合催化劑、新結(jié)構(gòu)空氣陰極、金屬陽極合金化、單電池制備工藝等多方面取得了一系列進(jìn)展，其中采用石墨烯復(fù)合錳基氧化物催化劑以及新型石墨烯基高效空氣陰極將單體電池功率密度提高了25%（見圖1），大幅度提升金屬空氣電池綜合性能。

    秉承“料要成材，材要成器，器要好用”的研究理念，研究團(tuán)隊(duì)在電池設(shè)計(jì)及系統(tǒng)集成技術(shù)方面也進(jìn)行了深入研究。在2015年成功研制出能量密度400 Wh/kg、容量3 kWh、輸出功率300 W的鎂空氣電池發(fā)電系統(tǒng)。近日，又成功研制出基于石墨烯空氣陰極的千瓦級鋁空氣電池發(fā)電系統(tǒng)（見圖2），該電池系統(tǒng)能量密度高達(dá)510 Wh/kg、容量20 kWh、輸出功率1000 W。通過實(shí)際演示顯示該電池系統(tǒng)可同時(shí)為一臺電視機(jī)、一臺電腦、一臺電風(fēng)扇以及10個(gè)60W照明燈泡同時(shí)供電（見圖3），初步驗(yàn)證了該鋁空氣電池系統(tǒng)的發(fā)電供電能力。據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)正在積極設(shè)計(jì)開發(fā)用于通訊基站備用電源和電動汽車增程器的5kW級大功率鋁空氣電池系統(tǒng)。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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