鋁燃料電池發展現狀,以及未來前景

世界上第一個燃料電池是威廉˙格羅夫(WilliamGrove)1939年發明的,至今已有78年的歷史,經這些年的發展,已從單體鋁燃料電池發展到有各種實用價值的電源(供電系統),如德陽東深新能源科技有限公司的堆砌式發電站和車載移動電站等。電池陽極為發生氧化反應的鋁板,是電子流出的電極,陰是指發生還原反應的電極,是電子流入的電極。

中國鋁燃料電池的發展

世界上鋁燃料電池的較大規模研發始於上世紀60年代的美國,上世紀70年代他們集中於航海航標燈、礦井照燈等電源用電池的研究;上世紀80年代加拿大鋁電源公司(AluminumPower)採用鋁合金陽極和有效的空氣(氧)電極製成的電池體系在便攜式電源、備用電源推向市場,為鋁燃料電池的商化應用作出了很大貢獻;2014年6月國外媒體報道了美國鋁業公司與以色列菲涅金公司(Phinergy)聯合研發的動力鋁燃料裝置在汽車上進行路況試跑,續航里程達1600km的世界紀錄,在燃料電池發展史上具有里程碑意義,為動力鋁燃料電池的發展作出了巨大貢獻,使菲涅金公司成為世界鋁燃料電池的領跑者。這種鋁燃料電池系統陽極由50塊鋁板組成,每塊質量500g,總質量25kg,每一塊鋁板提供的電力可使電動汽車行駛32km。2014年2月,美國鋁業公司與菲涅金公司就鋁燃料電池的進一步開發簽訂了合作協議,並於6月初在加拿大蒙特利爾一級方程式賽道上對鋁燃料電池電動汽車進行了試駕,計劃於2017年實現電動汽車專用鋁燃料電池批量生產,推向世界市場。

中國對鋁燃料電池研發始於上世紀90年代,現已成為世界最大的鋁燃料電池研發與生產國,但研發技術與美國、以色列相比還有一些差距。中國從事相關技術研究的單位主要有中國科學院過程工程研究所、大連物理化學研究所、船舶重工712所、北京大學、哈爾濱工業大學、武漢大學、天津大學、北京有色金屬研究總院、四川德陽東深新能源科技有限公司、台州非常新能源科技有限公司、雲南冶金集團創新金屬燃料電池股份有限公司等。截至2016年中國生產新能源動力電池的大大小小企業約有150家。

鋁燃料電池發展趨勢

當前全世界動力電源研發單位與生產企業都把力量投放於燃料電池,而鋁燃料電池的開發又是重中之重,因為鋁燃料電池具有可比擬的諸多優點:鋁的資源豐富,價格合理,鋁燃料電池製造成本約為500元/kWh,是鋰離子電池生產成本4000元/kWh的1/8;用於汽車上,運行成本與燃油汽車的相當或更低一些,鋁燃料電池汽車百公里約消耗3kg鋁、5L水與電解液,運行成本約59元,而一般乘人車的油耗約8L/100km,按7.63元/L計算約合61元;續航能力高於鋰離子電池,鋁燃料電池比能量可達到350Wh/kg——500Wh/kg,是鋰離子電池120Wh——150Wh/kg的3倍,因此在同等質量時,鋁燃料電池攜帶電量為鋰離子電池的3倍,續航里程也是鋰離子電池的3倍;更換方便,鋁燃料電池消耗的是鋁及水,運行過程中只需要換鋁板與加適量水,操作簡便;綠色環保,鋁燃料電池運行期間主要副產物是Al(OH)3,不但對環境無害,而且可回收,製成納米級Al2O3粉;絕對安全,不會產生燃燒爆炸。

國外簡況

奧科寧克鋁業公司與以色列菲涅金公司在開發鋁燃料電池方面居世界領先水平,為此領域技術與製造工程的領跑者。日本豐田汽車公司研究院(ToyotaResearchInstitute)將與美國斯坦福大學、麻省理工學院(MIT)、密歇根大學、紐約州立水牛城大學、康涅狄格大學以及英國的伊利卡(Ilika)研究所等合作研發基於人工智能(AI)的新能源電池材料。

中國工信部對汽車動力電池產業發展制定方案

2017年4月,國家工信部、發改委、科技部、財政部等有關部門聯合印發出臺《促進汽車動力電池產業發展行動方案》(以下簡稱《行動方案》)。《行動方案》提出分三個階段推進我國動力電池發展:2018年,提升現有產品性價比,保障高品質電池供應;2020年,基於現有技術改進的新一代鋰離子動力電池實現大規模應用;2025年,採用新化學原理的新體系電池力爭實現技術變革和開發測試。

《行動方案》提出了5個方面的發展目標:大幅提升產品性能,2020年動力電池系統比能量力爭比現有水平提高一倍達到260Wh/kg,成本降至1元/Wh以下,2025年動力電池單體比能量達到500Wh/kg;二是產品安全性滿足大規模使用需求,實現全生命週期的安全生產和使用;三是產業規模合理有序發展,2020年行業總產能1000億Wh、形成產銷規模400億Wh以上的龍頭企業;四是關鍵材料及零部件取得重大突破,2020年形成具有核心競爭力的創新型骨幹企業;五是高端裝備支撐產業發展,2020年實現裝備智能化發展、製造成本大幅降低。

《行動方案》提出了實現發展目標的9項重點任務:建設動力電池創新中心,實施動力電池提升工程,加強新體系動力電池研究,推進全產業鏈協同發展,提升產品質量安全水平,加快建設完善標準體系,加強測試分析和評價能力建設,建立完善安全監管體系,加快關鍵裝備研發與產業化。

《行動方案》的出臺對加快推動我國汽車動力電池產業發展將起到巨大作用。

鋁燃料電池發展現狀,以及未來前景


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