成本低比容量大空氣電池能否驅動電動車未來

作者：

時間：1900/1/1 0:00:00

金屬空氣電池有望打破傳統鋰離子電池的瓶頸。

最近，世界上第一個新型空氣燃料電池“STAIR”（“圣安德魯斯航空”的縮寫）在英國亮相。這種電池的儲能容量是傳統電池的10倍。

日本產業技術研究所宣布，該研究所和日本學習促進會的研究人員開發了一種新型鋰空氣電池，該電池可以在未來為車輛提供動力，而無需充電，并具有優異的放電性能。

在中國，鋅空氣電池和鋁空氣電池已被納入研發范圍。有人認為，金屬空氣電池將成為21世紀的理想電源，它很可能取代鋰電池一舉主導電池市場。

解決鋰電池的成本和容量問題

隨著純電動汽車和燃料電池汽車受到國家相關政策的鼓勵，制約其工業化的電池問題越來越突出。目前，大家都看好的鋰離子電池價格太高，容量也很小。電動汽車要想取得突破，就必須開發出更理想的電池。近日，國內一家汽車企業新能源汽車研發部相關人士告訴筆者。

金屬空氣電池備受期待。據了解，這種電池是一種特殊的燃料電池，是新一代的綠色電池。其構造原理與干電池相同，但不同之處在于其去極化劑取自空氣中的氧氣。其制造成本低、無、無污染、比功率高、比能量高，原材料可回收利用。與燃料電池汽車中使用的氫燃料電池相比，它具有結構簡單、價格低廉和性能優越的特點。

據國家“863”項目的一位專家介紹，世界上有幾種金屬空氣電池，包括鋅空氣電池、鋁空氣電池和鋰空氣電池。他告訴筆者，前兩種已經進入了我國的研發范圍，只有鋅空氣電池最接近工業化。

據主要生產鋅空氣電池的中航工業昌黎聯合能源技術有限公司有限公司相關負責人介紹，鋅空氣金屬燃料電池的主要優點是鋅空氣金屬電池的正極活性物質是空氣中的氧氣，不占電池體積。因此，電池中可以攜帶更多的鋅，并且比能量更高。目前，它已達到每公斤180瓦時。作為一種汽車動力電池，它的續航里程很長。鋅-空氣金屬燃料電池中的鋅是回收的，對環境沒有污染。生產電池的原材料豐富，成本低，是鋰電池的五分之一。

鋅空氣電池受到青睞。

去年9月底，上海市發展和改革委員會主辦了鋅空氣電池在城市客車上的應用研討會，希望上海申沃客車進一步加強與博信電池有限公司的合作與溝通，盡快將鋅空氣電池應用于城市客車。據了解，博信公司的外方為美國PowerZinc電池公司，主要開發制造新型鋅氣動燃料電池。

今年3月，中國航空工業總公司宣布，中航工業昌黎聯合能源技術有限公司有限公司（以下簡稱“中航昌黎”）和北京鋅空電池研究中心將與有限公司在未來三年內共同成立，中航長力將斥資5億元在北京推進鋅空氣電池產業化。

據中航長力相關負責人介紹，目前，該公司推出的車用鋅空氣電池及其配套系統搭載北京理工學院研發的BFC6110EV純電動旅游客車，累計運營里程近萬公里。2007年11月，車用鋅空氣電池被列入國家“863”計劃，迄今已申請專利30多項。2009年，公司動力機械插電式鋅空氣金屬燃料電池被列入北京市首批20個政府采購的自主創新產品。

中航長力得到了北京市政府的大力支持。2010年，北京安排了fiv的運行測試……

公司的電動公交車和環衛車，另有50輛電動公交車和衛生車投入全市公共交通和環衛系統試運行，并在北京市相關部門指定路線進行道路測試，為市場化運營提供了可靠依據。

空氣電池能發揮重要作用嗎？

目前，國內鋅空氣電池已形成“南有博新，北有昌力”的格局。然而，一種看似完美的新型動力電池，為什么只有少數公司投資？

汽車電池資深專家傅世樹表示，在多種金屬空氣電池中，只有鋅空氣電池已投入實際使用，在以色列的純電動汽車中也已使用。盡管近年來德國、法國、瑞典等國的汽車公司都在使用它們來開發純電動汽車，但它們并沒有成功修復。

盡管鋅空氣電池本身具有比能大、成本低的優點，但它仍然沒有突破自身的技術瓶頸。一位來自國家“863”項目的汽車電池專家表示。

天津清遠電動車有限公司有限公司院長兼總工程師趙春民告訴筆者，鋅空氣電池的致命缺陷是不可充電，屬于一次性電池。據我所知，世界上有兩家著名的鋅空氣電池公司，一家來自美國，已經充放電500次，另一家是Re？Volt公司，其電池可以充電和放電200次。然而，與磷酸鐵鋰電池相比，次數仍然太少。"

據中航長力相關負責人介紹，他們采用機械插電技術實現電池的可再充電。鋅空氣電池放電時，需要取出負極板，集中到電解還原廠進行還原。同時，在空電池盒中安裝了一個新的負極板，為電池充電，并負責將充電后的電池分配給客戶。

該負責人表示，鋅空氣電池仍有改進的空間。例如，這種電池的空氣電極的壽命約為300次，2~3年。裝載后，應根據路況和速度采用不同的電池組合。如果車速在30~40公里/小時，并且路況良好，則只需要鋅空氣電池。如果你爬山，你需要使用電混合的形式，比如與超級電容器和鎳氫電池混合。

鋰空氣電池是一個理想的選擇。

在金屬空氣電池中，鋰空氣電池是最有潛力的。汽車電池資深專家傅世樹在接受筆者采訪時表示，金屬空氣電池是未來取代鋰離子電池的理想選擇，鋰空氣電池的優勢最為明顯。

當談到鋰空氣電池時，傅世樹贊不絕口。據他介紹，目前這項技術已被日本研究機構掌握，日本汽車公司對這項電池技術感興趣。由鋰離子電池驅動的電動汽車的續航里程超過100公里。如果換成同等尺寸的鋰空氣電池，續航里程可以接近1000公里。

鋰空氣電池并不是一個新概念，它在過去的聲譽很小，因為它有一個致命的缺陷，即固體反應產物氧化鋰（Li2O）會積聚在陽極上，阻礙電解質與空氣的接觸，從而導致放電停止。

2009年3月，日本產業技術研究院能源技術研究部能源接口技術研究組組長周浩申與日本學習促進會（JSPS）外籍特約研究員王永剛共同開發了大容量鋰空氣電池。他們通過將電解質分為兩種類型來解決上述問題。在負極（鋰金屬）側使用有機電解質，在正極（空氣）側使用水性電解質。兩種電解質通過固體電解質分離，以防止兩種電解質混合。只有鋰離子才能通過在中間的固體電解質。新型鋰空氣電池的放電反應產生的固體物質不是氧化鋰，而是容易溶于水性電解質的氫氧化鋰。這不會導致正極的碳孔被堵塞，從而解決……

鋰-空氣電池的固體反應產物阻礙了電解質和空氣之間的接觸。

此外，在實驗中，研究人員分別使用堿性水溶性凝膠和堿性水溶液作為正極電解質。結果表明，與以前的電池相比，這種新型鋰空氣電池的放電性能有了很大的提高，特別是如果使用堿性水溶液作為正極電解液，電池可以在空氣中以0.1Amp/g的放電速率連續放電20天。

據了解，這種新型鋰空氣電池不需要充電，可以通過更換正極的水性電解質和用盒更換負極的金屬鋰來連續使用。陽極產生的氫氧化鋰可以從用過的水性電解質中回收，然后提取金屬鋰，金屬鋰可以作為燃料回收。

在傅世樹看來，鋰空氣電池的優勢非常明顯，理論比能為11140瓦時/公斤，是當代鋰離子電池的300倍。由于鋰空氣電池的負極不需要化學處理，鋰空氣電池也不需要化學工藝處理，因此制造成本僅為普通鋰離子電池的60%。鋰空氣電池一旦產業化，可以推動各類電動汽車的全面產業化，取代目前的鋰離子電池，成為新能源汽車的動力源。

傅世樹分析，未來，鋰離子電池、鋅空氣電池和鎂空氣電池都將有自己的市場。前者已被廣泛應用于手機、ries預計將被金屬空氣電池打破。