用“鋁+水+空氣”發(fā)電，這項(xiàng)“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(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用石墨烯對空氣陰極催化劑材料進(jìn)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(shí)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(qiáng)，極化嚴(yán)重，會(huì)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(yùn)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(yùn)行過程中有Al（OH）3產(chǎn)生，是一種很有商業(yè)價(jià)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(gè)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(tuán)隊(duì)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(diǎn)。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(shí)可及時(shí)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(dòng)力電池，特別是加速、爬坡性能跟不上。”薛業(yè)建說，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)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(xiàn)；

2014年6月國外媒體報(bào)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(dòng)力鋁燃料裝置在汽車上進(jìn)行路況試跑，續(xù)航里程達(dá)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(dòng)力鋁燃料電池的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，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(dòng)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(jìn)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(dòng)汽車進(jìn)行了試駕。2017年，其實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)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(tuán)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(dòng)汽車供能等方面。