金屬空氣電池是以金屬為燃料，與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種特殊燃料電池。

　　金屬空氣電池以活潑的金屬作為陽極，具有安全、環(huán)保、能量密度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景，甚至被寄予厚望替代當(dāng)前新能源汽車主要的動力電池類型—鋰離子動力電池。

　　制作金屬空氣電池，可選用的原材料比較豐富。目前已經(jīng)取得研究進(jìn)展的金屬空氣電池主要有鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池等。這幾種類型的金屬空氣電池有的已經(jīng)具備大規(guī)模量產(chǎn)的條件，有的還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，有的已經(jīng)在電動汽車方面取得良好的應(yīng)用成果，并即將大規(guī)模裝載新能源車輛。

　　本文將分別介紹上述幾種金屬空氣電池的研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展。

　　一、鋁空氣電池

　　1、工作原理

　　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。

　　2、特點(diǎn)

　　鋁空氣電池具有無毒、無害、無污染，可回收循環(huán)使用等特點(diǎn)。

　　對于電動汽車來說，鋁空氣電池具有質(zhì)量輕、比能量大的顯著特點(diǎn)。資料顯示，鋁空氣電池的理論比能量可達(dá)8100Wh/kg，目前的實(shí)際比能量約實(shí)現(xiàn)了350Wh/kg，是鋰電池的2.3倍，鎳氫電池的6倍，鉛酸電池的7倍多。

　　這種電池對于減輕汽車重量，增加續(xù)航里程具有明顯的幫助。

　　3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展

　　國外：

　　據(jù)相關(guān)資料，美國加利福尼亞州在使用鋁空氣電池的電動汽車上，有過只更換一次鋁電極續(xù)駛里程達(dá)1600km的記錄。

　　美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量。

　　國內(nèi)：

　　云鋁股份與昆明冶金研究院共同出資組建創(chuàng)能鋁空氣電池股份有限公司，投資鋁-空氣電池研發(fā)項(xiàng)目。目前，創(chuàng)能鋁空氣電池研發(fā)項(xiàng)目正在推進(jìn)中。

　　中國動力與PHINERGY成立合資公司，計(jì)劃在大巴、旅游車、物流汽車及運(yùn)動型多用途汽車等電動車型推廣鋁空氣電池。并計(jì)劃在大陸、香港、澳門進(jìn)行推廣。

　　二、鎂空氣電池

　　1、工作原理

　　2、特點(diǎn)

　　能量密度高、理論電壓高、清潔安全。鎂儲量豐富，具有成本優(yōu)勢。

　　鎂空氣電池的能量密度可達(dá)重量相等的鋰電池的10倍。

　　不足之處在于，鎂陽極的反應(yīng)效率較低，空氣陰極的響應(yīng)速度較慢，盡管這種電池能夠儲存很多能量，但是將能量轉(zhuǎn)換成實(shí)際的動力十分有限。

　　3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展

　　國外：

　　據(jù)報(bào)道，韓國研發(fā)的一輛搭載完整鎂空氣電池的電動汽車能成功行駛800公里，是當(dāng)前鋰電池動力汽車平均續(xù)航里程的4倍

　　日本多家機(jī)構(gòu)包括古河電池、尼康、日產(chǎn)汽車、日本東北大學(xué)、宮城縣日向市等產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)和政府部門正積極推進(jìn)鎂空氣電池的大容量化研究。

　　日本Agua Power公司已經(jīng)成功開發(fā)制造和商業(yè)化鎂空氣電池，現(xiàn)已注冊專利16個。

　　國內(nèi)：

　　寧波材料所動力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室成功研制出1000Wh鎂空氣電池樣機(jī)。

　　1000Wh 鎂空氣電池樣機(jī)演示圖

　　該電池由5個單體電池串聯(lián)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(kuò)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200×150×150 mm3，重量為2.3 kg，能量密度可達(dá)430 Wh/kg，最大輸出功率可達(dá)80W。

　　某公司生產(chǎn)的鎂空氣電池使用水作為電解液，其自帶的LED燈可持續(xù)照明90至100小時(shí)，一次可為20部智能手機(jī)充電。這種鎂空氣電池作為應(yīng)急電源應(yīng)用。

　　三、鋅空氣電池

　　1、工作原理

　　鋅空氣電池又稱鋅氧電池，用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì)，以鋅為負(fù)極，以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)的一種原電池。

　　陽極： Zn 2OH– → ZnO H2O 2e–

　　陰極： O2 2H2O 4e– → 4OH–

　　綜合： 2Zn O2→ 2ZnO

　　2、特點(diǎn)

　　比能量高，可達(dá)到340Wh/kg。安全、放電性能穩(wěn)定、成本低廉。重量是鋰電池的50%，續(xù)駛里程是鋰電池的200%，初裝價(jià)格約為鋰電池的40%。

　　3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展

　　國外：

　　加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉博士及其團(tuán)隊(duì)的研究取得了顯著的進(jìn)展。

　　國內(nèi)：

　　“車用鋅空氣電池項(xiàng)目”被列入國家863重大科技專項(xiàng)一。

　　國內(nèi)某鋅空氣電池制造公司聯(lián)合某整車制造商計(jì)劃今年推出500輛12米裝載鋅空氣電池的純電動公交車，整車造價(jià)百萬，其中電池價(jià)格約為40萬。

　　根據(jù)計(jì)劃該公司2017年將生產(chǎn)出滿足3000輛電動汽車使用的鋅空氣動力電池。

　　四、鋰空氣電池

　　1、工作原理

　　鋰空氣電池用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極。放電時(shí)，陽極的鋰釋放電子后成為鋰陽離子（Li+ ），Li +穿過電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結(jié)合生成氧化鋰（Li2O）或者過氧化鋰（Li2O2），并留在陰極。鋰空氣電池的開路電壓為 2.91 V。

　　2、特點(diǎn)

　　鋰空氣電池的比能量是鋰離子電池的10倍，體積更小，重量更輕。不足之處在于，仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化尚需要10年左右的時(shí)間。

　　3、研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展

　　國外：

　　英國劍橋大學(xué)所研制出的鋰空氣電池能夠循環(huán)充電2000次以上。該電池在理論上的能源使用效率超過90％。

　　2009年，日本研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出了新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。

　　美國IBMAlmaden Reseach Center正在進(jìn)行鋰空氣電池研究，日本旭化成株式會社和Central硝子株式會社兩家企業(yè)參加了該項(xiàng)目。研究小組計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)鋰空氣電池的大量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。

　　國內(nèi)：

　　中科院成功研制出鋰空氣電池單體。