鋁空氣電池：期待走入百姓家

李璇|文

這是個啥東西？大家說起鉛酸蓄電池、鋰電池都略知一二，然而對于“鋁空氣電池”這個新鮮玩意兒，頓時“不明覺厲”。是的，鋁空氣電池研發應用近幾年剛剛起步，是一種很有發展前途的新型燃料電池。

原理貌似很簡單

先插一句題外話：我們必須為電解鋁正名。電解鋁不是高能耗行業，而是高載能行業，一字之差，謬之千里。鋁是由氧化鋁通過電解，產生電化學反應，形成了液態鋁金屬溶液，這個過程中，需要耗費大量的電能，現階段每噸電解鋁需要消耗大約14000度電。但是，從某種意義上講，一萬多度電不是白白丟掉了，而是“變化”成金屬鋁儲存起來了。

那么，問題來了，能不能逆向思維一下？把金屬鋁里面“存”的電想辦法還原出來？

原理正解如下：鋁空氣電池以含量99.99%的高純鋁為負極、空氣中的氧氣為正極，以氫氧化鉀和氫氧化鈉水溶液為電解質，發生與電解鋁生產相逆反的反應，就能還原出大量的電能。看懂了嗎？來換一個說法：把氧化鋁電解成金屬鋁，需要電；把鋁還原成氧化鋁，放出電。原理貌似很簡單，但在實際研發過程中，受鋁的純度、電極、容器、溶液等一系列復雜條件影響，不是你想像得那么簡單。

鋁空氣電池有哪些特征

鋁空氣電池具有比能量大、質量輕、廢物無毒害等特點。

先科普一下啥叫“比能量”：比能量是指電池單位質量或單位體積內所能輸出的電能。假如同樣50公斤重的A和B兩種電池，A電池能讓電動車跑100公里，B電池能讓電動車跑50公里，那么，在A和B兩種電池的比較中，A電池的比能量大。

從理論上講，鋁空氣電池的比能量可達8100Wh/kg，而實際上，由于鋁合金純度、使用環境等限制，目前鋁空氣電池的實際比能量只達到350Wh/kg，盡管如此，其能量密度也相當于鉛酸電池的7～8倍、鎳氫電池的5.8倍、鋰電池的2.3倍。

在質量方面，假如把儲能13.5kWh的鉛酸蓄電池與鋁空氣電池相比，前者總質量為375kg，而同樣能量的鋁空氣電池總質量僅45kg，為鉛酸蓄電池質量的12%。

雖然叫鋁空氣電池，但是這種電池不能充電，（重要的話說一遍），而是采用在專業的服務站更換電極的方式。

為什么家用汽車幾個月不開的話，會出現打不著火的現象？這是因為車內的鉛酸蓄電池容量下降，不足以啟動馬達。市場上其它種類的蓄電池，都會出現長期不使用的緩慢損耗現象。而以氫氧化鉀和氫氧化鈉水溶液為電解質的鋁空氣電池，長時間存放沒有損耗，使用前，只需注入水，就可以實現放電。

目前只能作為能源包

傳統的鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等，可以直接作為動力電池，驅動電動汽車、電動自行車等，這類電池受電池容量和體積限制，本身的比能量不高，需要經常充電。鋁空氣電池雖然比能量很高，但是它有它的先天不足，就是——放電功率很小。以電動汽車為例，一般家用的小型電動汽車、老年代步車等，電機功率為2000W-3000W之間，直接用鋁空氣電池驅動電機，“臣妾做不到”，如果用鋁空氣電池給LED燈泡供電，作為野外照明之用，那倒是沒問題。那么，如何把鋁空氣電池作為電動汽車的電源呢？

或許有人從充電寶上得到了啟發。手機電池的電快用完了，于是用一塊大容量的充電寶給手機電池充電。同樣道理，能不能把鋁空氣電池作為特大型的“充電寶”呢？

于是，一種全新的“電—電混合模式”橫空出世：鋁空氣電池作為能源包，再配置一套鋰電池或鎳氫電池，成為一種新型的電池組合。鋁空氣電池比能量大、放電時間長，鋰電池、鎳氫電池輸出性能好、充電效率高，兩者“強強聯合”，形成“鋁空氣電池→鋰電池/鎳氫電池→電動汽車”的聯合行動。在“電—電混合模式”中，鋁空氣電池充當了能源包、能量庫的作用。

技術還待成熟

國家鼓勵新能源汽車發展，這一點毋庸置疑。現階段，續航里程、充電樁設置、電池成本成為制約新能源汽車發展的三大因素，其中續航里程成為最大短板。假如你買一輛電動車，從北京開往內蒙古草原，中間得充多少次電啊？即便是目前跑得最遠的電動車特斯拉S型，鋰電池驅動下，最大續航只有480公里，除非每隔一定距離修建充電樁，否則難以實現遠途旅行。況且，你還得有充電的時間啊。

我國電解鋁產能相對過剩，促進鋁應用成為化解過剩的主要途徑。如果把鋁空氣電池進行規模化生產，廣泛應用于新能源汽車，既能給鋁應用找一條全新出路，又在很大程度上提高了電動汽車的續航里程，將給人們帶來極大的方便。

但是，很遺憾，大多數人還是沒有聽說過鋁空氣電池。這個“高大上”的新東西，沒有飛入尋常百姓家，原因林林總總，歸根到底，主要是技術原因。

鋁空氣電池的主要原料是鋁，如果金屬鋁中含有一點點其它雜質，在放電過程中產生的附生物就很復雜，影響導電率，從而降低電池組的性能。鋁空氣電池組中的起停裝置、堿液的更換，短路狀態的控制、更換鋁電池的方法等等，涉及到材料、冶煉、化工、機械等一系列領域。再加上鋁空氣電池是一個半開放的結構，與外界不僅有熱交換，在放電過程中還會產生氫氣，系統安全性還有待進一步提高。

因此，據記者本人所知，鋁空氣電池用于電動汽車尚未成熟穩定，目前還停留在研發與完善階段。

至于成本因素，由于鋁空氣電池的主要成分是金屬鋁、塑料、炭黑和催化劑以及若干連接導線，鋁價如今保持在13000元/噸以內，而且供給充足，按照測算，成本應該不會太高。

實驗與應用

2014年8月，美鋁加拿大公司和以色列Phinergy公司在蒙特利爾向大眾展示了一種具有超級續航能力的電池技術。這種重100公斤的鋁空氣電池，儲存了可行駛3000公里的足夠電量。理論上，可以從多倫多開到1800公里外的哈利法克斯，連續行駛19個小時。據介紹，使用這種電池的汽車仍然保留著鋰電子電池，鋁空氣電池在鋰電池電量耗盡后才啟動，期間只需每月加注清水，通常在一年左右達到使用極限后，到服務站更換鋁空氣電池即可。老外就是厲害啊，然而，這次實驗之后，并沒有后續實質性的規模化應用。

在中國，吉利汽車研究院曾做過相關的實驗，結果驗證了鋁空氣電池只能作為“能源包”使用。“這就相當于一輛燃油汽車，油箱很大，但發動機很小，可以走很長的路，但走得很慢。”

2016年7月，在上海召開的中國國際鋁加工論壇上，來自浙江臺州非常新能源科技有限公司總經理張樹雄在作專題報告時，詳細介紹了該公司的鋁空氣電池研發情況。

2014年8月，該公司完成了國內首次試驗性路試，配備的鋁空氣電池輸出直流72V，1200Ah容量，重150公斤，可以驅動吉利熊貓汽車行駛600公里以上。據張樹雄介紹的路試結果顯示，與鋰電池相比，鋁空氣電池能量大，重量輕，續航里程長，安全可靠，性能穩定，但是動力性能不足，需要與其他蓄電池配套使用。

鋁空氣電池除了在電動汽車上需要與其它電池配套外，在輸出功率不大、需要長時間供電的場所，完全可以替代其它電池直接使用，例如通訊基站、野外照明、應急電源等。另外，在軍事領域的無人機、潛艇、通訊、監控設施等，可以得到廣泛應用。

在廣大工廠和農村，還有各式各樣的電動搬運車、電動叉車、老年代步車、電動自行車等等，如果在未來幾年，鋁空氣電池這項技術能夠成熟應用，實現規模化生產，必將掀起新一輪的電池革命風暴，試想，開著一輛鋁空氣電池的電動汽車，只管跑，不加油，只加水，是件多么美好的事情。