隨著人類社會發展(zhan)對電(dian)(dian)(dian)力能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)依(yi)賴程度(du)越來(lai)越強，人類社會活動對電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)需(xu)求以及(ji)(ji)經濟(ji)性(xing)(xing)要求越來(lai)越高，現有的(de)(de)(de)柴(chai)油發電(dian)(dian)(dian)機組、鉛酸電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)、鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)、氫燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)等(deng)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)難于(yu)完全滿(man)足人們(men)對電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)安(an)全性(xing)(xing)、經濟(ji)性(xing)(xing)和長續(xu)航等(deng)多樣(yang)化需(xu)求。金(jin)屬燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)，又稱為金(jin)屬空(kong)(kong)氣(qi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)或金(jin)屬空(kong)(kong)氣(qi)燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)，是一種將鎂、鋁等(deng)輕(qing)金(jin)屬為燃(ran)(ran)料(liao)的(de)(de)(de)化學能(neng)直接轉化為電(dian)(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)(de)裝(zhuang)置。它具有能(neng)量密度(du)高、低熱輻射、低噪音、儲(chu)存時間(jian)久、放電(dian)(dian)(dian)壽(shou)命長、適(shi)配溫度(du)范圍(wei)寬、安(an)全系數(shu)高、資源(yuan)(yuan)豐富及(ji)(ji)綠色無污(wu)染等(deng)優(you)勢，在(zai)智能(neng)電(dian)(dian)(dian)網(wang)、基站備用(yong)(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)、島礁(jiao)供電(dian)(dian)(dian)、軍事設施備用(yong)(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)及(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)動汽車(che)增程器等(deng)領域具有廣泛的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)前景(jing)。

一直以來，鋁燃料電池面臨諸多技術瓶頸，如錳氧化物催化劑活性不高、空氣陰極極化電阻較大、陽極鋁析氫自腐蝕嚴重、熱控制難及難以二次啟動等，使得鋁燃料電池產業化應用進展緩慢。中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室的研究團隊應用石墨烯對空氣陰極催化劑材料進行改性復合，大幅度提升電池電化學性能，系列研究工作發表在國際化學和電化學學術期刊上（Chemistry-A European Journal, 2018,24,14816，Electrochimica Acta, 2018,263,544，Energy Technology, 2017,5,2226，Chemical Communications, 2017,53,7921，Electrochimica Acta, 2017,254,14），并受邀在Journal of Materials Chemistry A上發表綜(zong)述評論（2018,6,10595）。

研(yan)(yan)究團隊(dui)始終秉持把(ba)科技(ji)變(bian)成(cheng)生(sheng)產(chan)力的理念，歷時(shi)近五年(nian)(nian)時(shi)間(jian)，在電(dian)池(chi)設計及(ji)系(xi)統(tong)(tong)集成(cheng)技(ji)術方(fang)面進行了深入研(yan)(yan)究。2015年(nian)(nian)成(cheng)功研(yan)(yan)制出(chu)能(neng)量(liang)密度(du)400Wh/kg、容(rong)(rong)量(liang)3kWh、輸出(chu)功率300W的鎂燃料電(dian)池(chi)發電(dian)系(xi)統(tong)(tong)。2017年(nian)(nian)開發出(chu)高(gao)性(xing)能(neng)石墨烯基鋁燃料電(dian)池(chi)核心部件(jian)（如圖(tu)1），并成(cheng)功研(yan)(yan)制出(chu)能(neng)量(liang)密度(du)510Wh/kg、容(rong)(rong)量(liang)20kWh、輸出(chu)功率1000W的基于(yu)石墨烯空氣陰極的鋁燃料電(dian)池(chi)發電(dian)系(xi)統(tong)(tong)。

近期，該研(yan)究團(tuan)隊聯合浙江省石墨烯制造(zao)業(ye)創新中心研(yan)發團(tuan)隊大力推(tui)進鋁燃(ran)料(liao)電(dian)池的(de)(de)工藝(yi)開發和工程樣機研(yan)制，成功(gong)研(yan)制出能量密度高(gao)達545Wh/kg、容量達130kWh的(de)(de)石墨烯基鋁燃(ran)料(liao)電(dian)池發電(dian)系(xi)(xi)統（見圖(tu)2），該系(xi)(xi)統由6個10單元電(dian)池串(chuan)聯電(dian)池堆的(de)(de)陣列組成。測試(shi)結果表明，50A電(dian)流放電(dian)功(gong)率可(ke)達到3000W，峰(feng)值功(gong)率預計(ji)可(ke)高(gao)達4800W（見圖(tu)3）。該電(dian)池系(xi)(xi)統有望(wang)應用于電(dian)動汽車(che)等的(de)(de)動力電(dian)源或備用電(dian)源。為了展(zhan)示該電(dian)池系(xi)(xi)統的(de)(de)使用效(xiao)果，他們開展(zhan)了對獨(du)棟建(jian)筑(zhu)照(zhao)明供電(dian)和石墨烯遠紅外(wai)能量房供電(dian)的(de)(de)演(yan)示（見圖(tu)4）。

目前(qian)，該項目已(yi)經具(ju)備鋁(lv)燃料電(dian)池關鍵材料與(yu)部件、單體電(dian)池、1kW模塊化(hua)電(dian)池堆的小批量制備能力。研(yan)發(fa)團隊(dui)正在(zai)積(ji)極尋(xun)找合適的合作伙伴，旨在(zai)加快(kuai)推進(jin)產業化(hua)。

圖1 石墨烯基鋁燃料電池結構示意圖和核心部件

圖2 1000W及3000W石墨烯基鋁燃料電池發電系統?

圖3 3000W石墨烯基鋁燃料電池發電系統性能曲線?

圖4 3000W石墨烯基鋁燃料電池發電系統獨立供電現場演示

本文源自寧波材(cai)料技術與工(gong)程研究所，本文觀點不代表利特納米立場，轉載請聯系原作者。