鋁空氣電池前景探討

鋁空氣電池最近受到業(yè)界追捧，有人在網上詢問，“鋁空氣電池前景怎樣？”以下回答來自電池從業(yè)者們。

蘇杰

率空氣電池還在實驗室，從資料上來看確實是性能提高不少，是否能救市另說，但成果不等于產品，產品不等于能產業(yè)化，能產業(yè)化不等于用戶接受高。

所以，前景真不好說，只能說保守樂觀。

金屬鋰電池的制備工藝中國至今未掌握，有了成熟技術也未必能國產。據(jù)我所知做的較好的是以色列，也僅少量特種。

梁倬

新聞寫得很美好，這電池也很美好，就是有一個缺點而已…

那就是…它不能充電！

放完電之后，你得把車開到專門的地方去換一塊電池…這又跟加油有什么差別呢？

實際上，在新聞提到的CitroenC1里，這塊鋁空氣電池是跟鋰離子電池搭配使用的，日常里程一般用鋰離子電池，用光了才啟用鋁空氣電池，所以實際上這是一個備胎，僅供應付日常里程用完而又找不到充電站的情況而已。把這個也用光了，就得去換一塊而不是回家充一充了。

至于特斯拉，一直都打算用鋰離子電池做主力。最近才投了巨資建Gigafactory呢，2020年才達到設計產量，而在此之前，“我們考慮到了出現(xiàn)其它可行技術的情況”就是說，目前最看好的就是鋰離子電池了。

welkincity，鋰離子電池產品工程師

鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、氧為正極，以氫氧化鉀（KOH）或氫氧化鈉（NaOH）水溶液為電解質。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時產生化學反應，鋁和氧作用轉化為氧化鋁。鋁空氣電池的進展十分迅速，它在EV上的應用已取得良好效果，是一種很有發(fā)展前途的空氣電池。

既然100公斤就能行駛3000公里，那為什么還要仍需保留鋰離子電池呢？而且要在鋰離子電池電量耗盡后才啟動？

我認為雖然優(yōu)點很優(yōu)，缺點也比較顯而易見：

1.比功率較低，充電和放電速度比較緩慢；

2.電壓滯后，自放電率較大；

3.需要采用熱管理系統(tǒng)來防止鋁空氣電池工作時的過熱

所以說前景的話，肯定是有的，但是在這些致命缺點解決以前，短時間內是不會取代鋰離子電池。

guangyanzhu，工程師

各種空氣電池早已存在。屬于儲備電池范圍。想想沒電的時候換塊金屬塊，多完美。但是這類電池都有一個共性問題:沒有較完善的電解質膜的解決方案，所以導致這一類電池的應用始終無法擴大。這膜要保護金屬在堿液中的穩(wěn)定性，要以離子的方式傳輸電流，想想電池中隔膜加電解液的作用，想想鋰亞硫酰氯中鋰金屬的電解質膜的作用。這些都是空氣電池要首先突破的。

押注汽車未來：鋰電池與燃料電池殊途同歸

對于未來電動汽車究竟使用何種技術，目前有兩種技術模式。一種是采用充電式鋰電池技術；另一種是氫燃料等電池技術，該技術把預先儲存的氫燃料轉化為電能驅動汽車。無論是哪種技術拔得頭籌，在電動汽車發(fā)展的歷史中，這兩項技術都將會互相借鑒，相互融合。

2014年6月25日，豐田汽車公司公開了新型燃料電池轎車FCV的設計情況，并宣布了上市時間以及在日本的預售價。今年年內將在日本銷售FCV新型燃料電池轎車，新車稅前預計售價為700萬日元。在2015年夏季前后，該款燃料電池車將登陸美國和歐洲市場。針對日前在國外聲名大噪的特斯拉，顯然日本把燃料電池作為以后新能源汽車發(fā)展的主攻點。

針對燃料電池，一直以來都飽受非議，特斯拉首席執(zhí)行官馬斯克在此前的公司年會上，曾嘲笑所謂燃料電池是笨蛋電池。而日本方面卻堅信燃料電池是電動車的未來。日本汽車一直圍繞著降低油耗和減少排放的“節(jié)約能源”、促進電能和氫能等替代能源利用的“燃料多樣化對策”以及“只有使環(huán)保車得到普及才是真正對環(huán)境作出貢獻”的基本方針，不斷推進環(huán)境技術的開發(fā)。在“燃料多樣化對策”方面，氫能作為一種燃料選擇備受矚目。由于氫能具有可以利用各種一次能源尤其是太陽能和風能等自然能源進行制造、與電能相比能量密度大,便于儲存和運輸、可廣泛用于家庭、汽車燃料以及有望用于發(fā)電等多種用途的特點，因此，豐田認為“氫能是未來極為重要的能源”。

針對目前兩大汽車發(fā)展趨勢開始出現(xiàn)分支，日系依然將氫燃料電池發(fā)展開在首位，特斯拉卻繞道而行，誰會贏得未來市場？北京北辰亞運村汽車交易市場中心信息企劃部部長郭詠在接受《中國產經新聞》記者采訪中表示：“從長遠開發(fā)還是以電動為主，氫燃料電池相對技術困難些，但未來值得人們去期待?！?br/>
技術模式初顯端倪

對于未來電動汽車究竟使用何種技術，目前有兩種技術模式。一種是采用充電式鋰電池技術，即特斯拉這類充電型電動車。另一種是氫燃料等電池技術，該技術把預先儲存的氫燃料轉化為電能驅動汽車，日本豐田、德國戴姆勒和韓國現(xiàn)代汽車目前都在研發(fā)這種技術。特斯拉目前正在擴大在中國市場的發(fā)展。不僅加強與中國本土政府和銀行間合作，計劃在在北京、上海、杭州、廣州、深圳和成都開設服務維修中心，并逐步向全國客戶交車。目前為止，這一模式的發(fā)展還是比較成功的。

郭經理說：“特斯拉這種模式短期內不會迎來太大發(fā)展，這種模式雖然比較迎合年輕消費者的心，但從普及上來看還差很遠?！?br/>
燃料電池被人詬病為“只是未來的汽車動力，一直都是”,不過目前的世界第一大車企豐田卻非常認真的對待。2015年豐田第一款可商用燃料電池車FCV將批量上市，該車每次加燃料僅需幾分鐘，一次可跑500公里以上。豐田戰(zhàn)略副總裁ChrisHostetter說道：“現(xiàn)在將進入燃料電池時代”。日本首相安倍晉三近日推出的“第三支箭”刺激方案加大了燃料電池車產業(yè)的補貼力度，豐田汽車等主要日本汽車廠商正與政府合力發(fā)展燃料電池車。

有分析人士表示，日本政府加速促成燃料電池車時代的到來，勢必侵蝕特斯拉電動車的市場。安倍晉三宣布，作為新經濟增長方案中的一部分，將對日本國內燃料電池車行業(yè)提供新的補助，為燃料電池車購買者提供補貼及減稅優(yōu)惠，放寬燃料充電站的限制，計劃到2015至2016財年將該國的氫燃料充電站數(shù)量由目前的17座擴充至100座。這是日本政府首次制定燃料電池車相關產業(yè)的發(fā)展時間表，日本政府還希望在2025年前將燃料電池車的售價降至約2萬美元左右。

專家分析，像豐田等巨頭強勢選擇一種方案進行發(fā)展是一種戰(zhàn)略上的賭博。選對了，將成為世界汽車動力技術領袖，選錯了不僅會損失數(shù)十億的研發(fā)資金，更將在這個大環(huán)境中全面落后。

發(fā)展最終殊途同歸

在豐田、本田一次次展出氫燃料電池車型的時候，特斯拉CEO穆斯克表示了異議，他對豐田和本田的產品并不看好，并稱其為營銷手段。然而，在2014年4月的一次采訪中，穆斯克卻出人意料地說，特斯拉未必成功，但他讓電動車不再是丑陋、慢吞吞和無趣的產品。

的確，如果從這個角度來講，穆斯克的目的已然達到了。他刷新了電動車的形象。而對于日本汽車發(fā)展來說，對氫燃料的看重，實際上是因為歐美在電池技術上始終存在瓶頸，同時也出于日本的能源安全考慮。

可以說，日本發(fā)展EV并不符合國情，但其電池技術積累并不薄弱。特斯拉的鋰電池供應全部來自于松下，為加強與松下的合作，特斯拉曾以低于每股22美元的價格出售股份給松下，將合作協(xié)議延期到2017年。EnergyTrend電動車與電池產業(yè)分析師呂理舜認為，EV制約的因素還在于電池成本和重量占到了汽車的一半，在此基調之下，氫能源的優(yōu)勢明顯。

那么電池的瓶頸何時能突破呢？眾所周知，日本經濟陷入低谷期，安倍政府雖然出臺了一系列的政策刺激經濟，但這仍難以讓夏普、松下投入資源開發(fā)電池技術。當然，業(yè)界看好鋰-空氣電池的發(fā)展?jié)摿Γ壳皼]有任何一家電池廠家能明確給出實用化時間表，即便是在2020年初量產的鋰空電池，能量密度仍達不到汽油水平。所以，日本沒有動力發(fā)展電池。

從更大的角度來看，日本發(fā)展氫能源技術是一項國策，這關系到日本國的能源安全。日本是一個資源匱乏的國家，能源危機始終存在，它需要擺脫石化燃料的限制。然而日本國內電能多數(shù)還是以石化燃料為主，這時候發(fā)展EV其實是對日本制造業(yè)的一種變向打擊。但對于日本而言，能源安全更為重要?，F(xiàn)在，除了氫燃料電池和特斯拉模式外，還有很多新能源發(fā)展的方案，都有著各自的優(yōu)勢和劣勢，但最終的發(fā)展還是促進電動車領域的發(fā)展。

郭經理在采訪中提到：“短期插電式更符合現(xiàn)在情況，加上政府大力支持，中國政府推出相關新能源汽車政策。但產品和車型以及配套設施不完善對傳統(tǒng)沖擊還不大。新能源汽車必定會取代傳統(tǒng)汽車，而日本正在開發(fā)的氫燃料汽車，在將來兩種技術都開發(fā)成熟，必然會趨于融合。會推動整個新能源汽車發(fā)展?！?br/>
電池技術“鋅”盛“鋰”衰？中國鋅電池研究現(xiàn)狀

根據(jù)MITTechnologyReview的報道，加州又出現(xiàn)一家以研發(fā)柔性、可反復充電的電池為主的初創(chuàng)公司ImEnergy，他們已經在測試超級薄的鋅電池，希望最終能夠把電池賣給可穿戴設備、醫(yī)療器械、智能標簽、環(huán)境傳感器的制造商們。除此之外，早在今年3月份，國內首條鋅電池電動公交示范線就落戶天津。分析人士表示，鋅電池技術的不斷突破以及逐步產業(yè)化，肯定會帶動相關行業(yè)的快速發(fā)展。

柔性鋅電池

或打開可穿戴設備想象空間

隨著可穿戴電子設備的興起，柔性電池早就成為科學家們研究的熱點。過去幾年，科學家們一直將研究的方向集中于柔性薄膜鋰電池等方面；如今，為了解決可穿戴設備電力短缺的問題，科學家們似乎正在將研究方向轉至鋅電池領域。

當前，關于柔性電池的研發(fā)，已有多家初創(chuàng)公司涉足。根據(jù)MITTechnologyReview的報道，加州又出現(xiàn)一家以研發(fā)柔性、可反復充電的電池為主的初創(chuàng)公司ImEnergy。他們已經在測試超級薄的鋅電池，希望最終能夠把電池賣給可穿戴設備、醫(yī)療器械、智能標簽、環(huán)境傳感器的制造商們。

這家ImEnergy公司的技術，主要來自聯(lián)合創(chuàng)始人克里斯汀·何(ChristineHo)畢業(yè)時在加州大學伯克利學院取得的研究成果：當時她與日本的一名研究人員，使用3D打印機生產出極其微小的鋅電池顆粒。

眾所周知，作為一種金屬，鋅相比鋰更加穩(wěn)定，不容易發(fā)生化學反應。在電解質當中，從微觀層面觀察，鋅會呈現(xiàn)出像樹枝一般的形態(tài)，從一個電極蔓延到另外一個電極，縮短電池電量。據(jù)此，該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人克里斯汀·何開發(fā)出一種固態(tài)聚合物電解質，以避免這種問題。這種電解質還增強了鋅電池的穩(wěn)定性，以及反復充電的能力。

另一名公司聯(lián)合創(chuàng)始人布魯克斯金凱(BrooksKincaid)稱，鋅電池融合了薄膜鋰電池以及印刷電池的優(yōu)點。目前薄膜鋰電池可以反復充電，不過因為包含了易起反應的物質，從而限制其儲電能力，而且制造起來十分昂貴。與此同時，印刷電池雖制造起來很便宜，而且擁有很高儲電能力，但無法反復充電。也就是說，ImEnergy公司所研發(fā)的鋅電池，既能制造成薄膜的樣子，又可以反復充電，而且擁有很高的儲電能力。

克里斯汀·何稱，其采用自己公司的評測方法評測，結果顯示：當現(xiàn)有的柔性電池彎曲1000多次的時候就壞掉了，而鋅電池還保持穩(wěn)定。有業(yè)內人士指出，如果鋅電池達到這樣的性能，那么未來它放在衣服里就不會是夢想。而且由于鋅是一種相對穩(wěn)定的物質，公司在生產基于鋅的電池時，不必準備防護性的生產環(huán)境，能夠降低生產的成本。目前，這家ImEnergy已經從PhoenixVenturePartners、AMECloudVentures兩家投資公司中獲得600萬美元的投資。

分析人士表示，盡管ImEnergy才剛起步，但它的終極目標便是穿戴式設備市場，其中既包括消費市場(如耐克FuelBand和Fitbit)，也包括醫(yī)療健康市場(如植入式監(jiān)測設備)，預計這種新型電池將令穿戴式設備行業(yè)受益匪淺。而鑒于穿戴式電子設備還是新興行業(yè)，未來幾年才可能成為主流，因此突破性的設計可能會徹底改變該行業(yè)。

國內首條鋅電池

電動公交示范線落戶天津

盡管鋅電池的研發(fā)還未完全產業(yè)化，但目前已有一些跡象顯示鋅電池的產業(yè)空間十分廣闊。國內方面，據(jù)相關媒體報道，今年3月17日，中航國際(香港)集團與天津融藍實業(yè)集團有限公司、北京長力投資北京中航長力有限公司簽約儀式暨金屬燃料電池研究中心落成揭牌活動，在天津空港經濟區(qū)舉行。

據(jù)了解，該研究中心的落成，將以京津地區(qū)這一中國核心發(fā)展區(qū)為平臺，緊緊圍繞國際領先的鋅空氣電池的運行經濟性進行深入研究，建立國內第一個有經濟效益的、以鋅空氣電池為動力的電動汽車公交運行示范線，生產出具有最高的動力性能和有效物質利用率鋅空氣電池產品，從而在民用領域及特種領域開拓全新的綠色環(huán)保新能源市場。

業(yè)內人士表示，金屬燃料電池研究中心落戶空港，標志著金屬燃料電池研究中心邁出了成功的第一步。

會上，天津百泰公司對九能京通新能源科技有限公司試產的鋅空氣燃料電池進行續(xù)航里程、電機控制器等階段性試驗后表示認可。據(jù)介紹，坐落于節(jié)能環(huán)保工業(yè)區(qū)的九能京通瞄準鋅能源電池的巨大潛在市場，致力于金屬空氣燃料電池的生產、研發(fā)和銷售，目前已成功在北京理工大學的電動大巴上試運行數(shù)千公里，并通過國家863電池測試中心檢測，具有安全性能高、比能量高、工作電壓平穩(wěn)、使用壽命長、原材料豐富并可再生利用、價格合理等強大的競爭優(yōu)勢。公司技術人員介紹，鋅空氣電池屬于零污染產品，生產過程無污染，使用它的電動大巴在行駛過程中實現(xiàn)“零污染排放”。

據(jù)了解，九能京通(天津)新能源科技有限公司是天津市第八批20個工業(yè)重大項目之一，總投資3.3億元、占地185畝。分三期建設，預計2014年12月工程全部建成投產后，將實現(xiàn)年產16萬組鋅空氣燃料電池組。

此外，早在2013年8月28日，高性能鎳鋅電池的領導者PowerGenix就宣布其生產的電池獲得了中國國家試驗室天津汽車測試中心的認證。

在此前的幾個月內，天津汽車測試中心就完成了覆蓋先進微混車各方面的全面的測試，驗證了鎳鋅電池在潛在性能改善。天津汽車測試中心的認證表明PowerGenix的鎳鋅電池已通過所有的企業(yè)標準和微混車應用要求。微混車指的是在傳統(tǒng)汽油汽車和柴油汽車基礎上配備自動的電池供電起停系統(tǒng)。許多當?shù)仄囍圃焐叹J為，天津的認證是一個質量基準，這使得PowerGenix進入中國日益增長的微混車市場具有極大的競爭優(yōu)勢。

而PowerGenix也在此前宣布了一份與歐洲標致簽訂的創(chuàng)新合同。全球主要的幾家汽車制造商都正在測試鎳鋅電池在起停系統(tǒng)應用的表現(xiàn)。通過此次漫長的測試期，經歷了不同溫度，在濫用的電氣和環(huán)境條件下，天津汽車測試中心發(fā)現(xiàn)鎳鋅電池符合或超出所有的安全、產品性能、機械結構和儲存標準。在仿真條件下，鎳鋅電池表現(xiàn)出超過六年的使用壽命，且?guī)缀鯖]有性能衰減。