金屬空氣電池具有原材料豐富、安全環保、能量密度高等一系列優點,被稱為“面向21世紀的新型綠色能源”,具有良好的發展和應用前景。金屬空氣電池的陽極為活潑金屬(如Mg、Al與Zn等),放電時金屬M被氧化成相應的金屬離子Mn+;電解液為堿性或中性介質,如KOH或NaCl水溶液;陰極活性物質為空氣中的O2,放電時O2被還原成OH-。由于O2可完全依靠電池外部供應,不需要儲存在電池內部,因此金屬空氣電池的陰極材料實質為促使O2還原的催化劑。開發金屬空氣電池首先需解決的問題是陰極空氣擴散電極的制備和高性價比氧還原催化劑的合成。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室在優化陰極空氣擴散電極的結構與制備工藝,以及開發高性能的錳氧化物氧還原催化劑的基礎上,成功研制出1000Wh鎂空氣電池樣機,詳見圖1所示。該電池由5個單體電池串聯而成,以AZ31鎂合金為陽極,以10%的NaCl溶液為電解液,以上述空氣擴散電極和錳氧化物催化劑為陰極。該鎂空氣電池的外觀尺寸為200×150×150mm3,重量為2.3kg,能量密度可達430Wh/kg,最大輸出功率可達80W,其單體電池的I-V曲線如圖2所示。上述鎂空氣電池具有較好的商業化前景,可應用為野外供電電源、移動電源、備用電源和應急電源等。

在鎂空氣電池的研究基礎上,研發團隊正在開展鋁空氣電池的研發工作,擬通過解決鋁空氣電池的析氫問題,以及開發高功率密度的氧還原催化劑,研制出高功率密度的動力型鋁空氣電池。目前,研發團隊已在金屬空氣電池領域申請發明專利6項,實用新型專利1項。