鋁空氣電池的化學(xué)反應(yīng)與鋅空氣電池類似，鋁空氣電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為負(fù)極、氧為正極，以氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質(zhì)。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。

目前可替代鋰電池的鋁電池還處于試制階段，沒(méi)有投入商業(yè)使用。所以總的來(lái)說(shuō)鋁空氣電池是否會(huì)替代鋰電池，還是個(gè)未知數(shù)，那么我們來(lái)看看鋁空氣電池替代鋰電池會(huì)遇到哪些問(wèn)題呢。

從電池的續(xù)航里程來(lái)說(shuō)，鋁空氣電池相比于鋰電池來(lái)說(shuō)，確實(shí)是一個(gè)突破。不過(guò)由于鋁空氣電池在放電過(guò)程中陽(yáng)極腐蝕會(huì)產(chǎn)生氫，這不僅會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極材料的損耗，而且還會(huì)增加電池內(nèi)部的損耗;另外，鋁空氣電池消耗的是鋁，當(dāng)電池壽命結(jié)束的時(shí)候需要重新安裝鋁等都極大地阻礙了鋁空氣電池的商業(yè)化發(fā)展。并且在車載應(yīng)用方面來(lái)說(shuō)，鋁空氣電池依然是一個(gè)未知數(shù)，甚至還比不上氫燃料電池。

鋁空氣電池不能代替鋰電池的原因分析

1、多用于應(yīng)急電源

“鋁空氣電池并不是傳統(tǒng)意義上用于多次存儲(chǔ)電能的電池，而是一種釋放電能的化學(xué)反應(yīng)裝置。”陳濤說(shuō)，它的工作原理就是活性金屬在水中發(fā)生氧化反應(yīng)釋放能量的過(guò)程——通過(guò)電解液及特殊的電極材料，將釋放的能量以電能的形式輸出。

通俗點(diǎn)說(shuō)，對(duì)于鋁空氣電池來(lái)說(shuō)，其中的活性金屬就是鋁，類似的還有鋅空氣電池、鎂空氣電池等，只是根據(jù)金屬的活性(在水或空氣中發(fā)生氧化反應(yīng)的劇烈程度)不同，所使用的電解液及其他輔助材料略有不同而已。

“‘只需加注清水’只是在電池的生命周期內(nèi)而言的，本質(zhì)上消耗的物質(zhì)是鋁，而不是水。”陳濤告訴記者，在電池工作過(guò)程中，源源不斷地輸出電能，金屬鋁也在源源不斷地被氧化而消耗，生成氫氧化鋁，產(chǎn)生電能是以消耗含有化學(xué)能的鋁為條件的。“100公斤重的鋁空氣電池儲(chǔ)存了可行駛3000公里的足夠電量”，行駛完3000公里后，電池的壽命就結(jié)束了，需要重新安裝，即補(bǔ)充金屬鋁。

據(jù)介紹，鋁空氣電池早在20世紀(jì)60年代就已問(wèn)世。但直到現(xiàn)在，它的研究多半還停留在理論階段，實(shí)際應(yīng)用的并不多。在國(guó)內(nèi)，它的研究多集中于應(yīng)急電源;而在國(guó)外，科學(xué)家或研究某種電極材料，或研究特殊應(yīng)用場(chǎng)合的電池系統(tǒng)，正試圖尋求鋁空氣電池應(yīng)用技術(shù)的突破。

2、安全風(fēng)險(xiǎn)待檢驗(yàn)

“使用不便是鋁空氣電池目前最大的瓶頸。”陳濤認(rèn)為，除了較存儲(chǔ)電能的電池使用不便外，與其他氣體類的燃料電池相比也有諸多不便，比如氫燃料電池，可以將氫氣方便地加注、存儲(chǔ)、輸送至化學(xué)反應(yīng)裝置，但對(duì)于金屬固態(tài)物的鋁來(lái)說(shuō)，顯然不方便。其次，副反應(yīng)較多、反應(yīng)過(guò)程不易控制，部分反應(yīng)生成物一定程度上阻礙反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，釋放大量熱，同時(shí)產(chǎn)生易燃易爆氣體。

在電動(dòng)汽車的研發(fā)路上，鋁似乎正在扮演更重要的角色。一個(gè)有意思的現(xiàn)象是，美國(guó)特斯拉電動(dòng)汽車的續(xù)航能力能提高到300公里至400公里，使用的電池主要是鎳鈷鋁三元材料，而我國(guó)電動(dòng)汽車則使用的是鎳鈷錳。其中的金屬之差，正是鋁。

“特斯拉中采用的鋁材料，主要是應(yīng)用于可多次存儲(chǔ)電能的電池。它的作用是，提升電池的能量密度，同等重量的電池可以存儲(chǔ)更多電能，讓汽車的續(xù)駛里程更長(zhǎng)。”陳濤認(rèn)為，單從這一點(diǎn)來(lái)看，確實(shí)是一個(gè)突破。但由此帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)有待實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)。

以鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車難以普及，最大障礙是行駛里程有限，目前的續(xù)航能力大多在135公里至480公里之間，除非沿途有大量快速充電站，否則不宜駕駛電動(dòng)汽車遠(yuǎn)途旅行。少數(shù)大于200公里的車輛，價(jià)格又特別昂貴，無(wú)法普及。

3、車載還是未知數(shù)

鋁空氣電池能否替代鋰離子電池呢?吉利汽車研究院曾經(jīng)做過(guò)相關(guān)的仿真建模實(shí)驗(yàn)，從汽車動(dòng)力學(xué)角度研究鋁空氣電池作為電動(dòng)汽車車載能源的應(yīng)用，關(guān)注其本身可釋放的電量及功率。

“從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，鋁空氣電池更適合作為續(xù)航備用電池。”杜志強(qiáng)說(shuō)，鋁空氣電池是一個(gè)能量源，相對(duì)于可存儲(chǔ)電能的蓄電池而言，同等重量的鋁空氣電池所能釋放的電能更多，其能量密度高，但其可釋放的功率卻極低，單獨(dú)使用不滿足車用需求，特別是剛起動(dòng)時(shí)。這就相當(dāng)于一輛燃油汽車，油箱很大，但發(fā)動(dòng)機(jī)很小，可以走很長(zhǎng)的路，但走得很慢。相比之下，鋰離子蓄電池的車速會(huì)更加穩(wěn)定。如采用同等功率(即車輛具備同樣車速)的鋁空氣電池，其重量大概會(huì)是鋰離子蓄電池的4至5倍。

也就是說(shuō)，一輛電動(dòng)汽車的標(biāo)配能量應(yīng)該是，實(shí)際使用中取鋁空氣電池所長(zhǎng)，獲得更長(zhǎng)的續(xù)駛里程，同時(shí)也要補(bǔ)鋁空氣電池所短，配一個(gè)功率型的電池，使車輛具備不錯(cuò)的動(dòng)力性能。

“對(duì)于車載應(yīng)用，鋁空氣電池依然是個(gè)未知數(shù)。”杜志強(qiáng)認(rèn)為，目前鋁空氣電池在移動(dòng)通訊設(shè)備和筆記本電腦上有些應(yīng)用，但都是實(shí)驗(yàn)性的，并不是很廣泛。未來(lái)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，還有很多技術(shù)問(wèn)題亟待解決，能否成功成為電動(dòng)汽車車載能源，還要靠市場(chǎng)最終選擇。在其他領(lǐng)域，從鋁空氣電池本身技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，作為應(yīng)急電源和移動(dòng)電站似乎更合適。

而從目前吉利的電動(dòng)汽車電池選擇上，基本與行業(yè)一致，即將量產(chǎn)車型以磷酸鐵鋰為主，正在研發(fā)的車型基本上都開始應(yīng)用三元材料。杜志強(qiáng)說(shuō)，“我個(gè)人認(rèn)為，未來(lái)的發(fā)展方向是在現(xiàn)有電池基礎(chǔ)上，增加燃料電池，形成‘燃料電池+蓄電池’的混合車載電源，在燃料電池選擇上，氫燃料電池優(yōu)于鋁空氣電池等金屬燃料電池。”