隨著人類社會發(fā)展對電力能源的依賴程度越來越強，人類社會活動對電源需求以及經(jīng)濟性要求越來越高，現(xiàn)有的柴油發(fā)電機組、鉛酸電池、鋰離子電池、氫燃料電池等電源難于完全滿足人們對電源的安全性、經(jīng)濟性和長續(xù)航等多樣化需求。金屬燃料電池，又稱為金屬空氣電池或金屬空氣燃料電池，是一種將鎂、鋁等輕金屬為燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它具有能量密度高、低熱輻射、低噪音、儲存時間久、放電壽命長、適配溫度范圍寬、安全系數(shù)高、資源豐富及綠色無污染等優(yōu)勢，在智能電網(wǎng)、基站備用電源、島礁供電、特種設(shè)施備用電源及電動汽車增程器等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。

一直以來，鋁燃料電池面臨諸多技術(shù)瓶頸，如錳氧化物催化劑活性不高、空氣陰極極化電阻較大、陽極鋁析氫自腐蝕嚴重、熱控制難及難以二次啟動等，使得鋁燃料電池產(chǎn)業(yè)化應用進展緩慢。中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所動力鋰電池工程實驗室的研究團隊應用石墨烯對空氣陰極催化劑材料進行改性復合，大幅度提升電池電化學性能，系列研究工作發(fā)表在國際化學和電化學學術(shù)期刊上（Chemistry-AEuropeanJournal,2018,24,14816，ElectrochimicaActa,2018,263,544，EnergyTechnology,2017,5,2226，ChemicalCommunications,2017,53,7921，ElectrochimicaActa,2017,254,14），并受邀在JournalofMaterialsChemistryA上發(fā)表綜述評論（2018,6,10595）。

研究團隊始終秉持把科技變成生產(chǎn)力的理念，歷時近五年時間，在電池設(shè)計及系統(tǒng)集成技術(shù)方面進行了深入研究。2015年成功研制出能量密度400Wh/kg、容量3kWh、輸出功率300W的鎂燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。2017年開發(fā)出高性能石墨烯基鋁燃料電池核心部件（如圖1），并成功研制出510Wh/kg、容量20kWh、輸出功率1000W的基于石墨烯空氣陰極的鋁燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

近期，該研究團隊聯(lián)合浙江省石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心研發(fā)團隊大力推進鋁燃料電池的工藝開發(fā)和工程樣機研制，成功研制出能量密度高達545Wh/kg、容量達130kWh的石墨烯基鋁燃料電池發(fā)電系統(tǒng)（見圖2），該系統(tǒng)由6個10單元電池串聯(lián)電池堆的陣列組成。測試結(jié)果表明，50A電流放電功率可達到3000W，峰值功率預計可高達4800W（見圖3）。該電池系統(tǒng)有望應用于電動汽車等的動力電源或備用電源。為了展示該電池系統(tǒng)的使用效果，他們開展了對獨棟建筑照明供電和石墨烯遠紅外能量房供電的演示（見圖4）。

目前，該項目已經(jīng)具備鋁燃料電池關(guān)鍵材料與部件、單體電池、1kW模塊化電池堆的小批量制備能力。研發(fā)團隊正在積極尋找合適的合作伙伴，旨在加快推進產(chǎn)業(yè)化。