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宁波材料所利用石墨烯研制出千瓦级铝空气电池【官网】
来源:ag体育官网    发布时间:2020-12-22 09:11:02

ag体育|为了满足智能电网、移动通信、电动汽车和紧急救灾的需要,迫切需要开发低能耗、低成本、小体积、长寿命的新型化学电源。金属空气电池(又称金属燃料电池)是一种将金属材料的化学能转化为电能的化学电源。金属空气电池具有能量密度低、价格低廉、资源丰富、绿色无污染、静电寿命长、安全环保等优点。

被国家列为《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,被国家发改委和能源局列为《能源技术革命创意行动计划(2016-2030年)》。仅在通信基站可用的电力市场中,根据几乎所有的统计数据,2016年中国通信基站数量接近600万。

传统的通信基站通常使用大容量铅酸电池作为响应柴油发电机的可用电源系统。目前使用的铅酸电池有1000多万组,体积小,质量大,3-4年可更换一次,使用寿命短。

但金属空气电池具有比能量密度低(平均系统在400Wh/kg以上)、储存时间好(15年左右)、使用时间宽(30~50h)、兼容温度范围长(20~ 6ag体育官网0)等优点。因此它是通信基站可用的铅酸电源的最佳和最合适的替代品。此外,金属空气电池的能量密度高达800Wh/kg,是目前商用锂离子动力电池的4倍以上。在电动汽车增程器的应用方面也有一定的市场前景。

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然而,金属空气电池行业的发展仍然面临许多技术瓶颈,影响其应用。毕竟有四个方面:一是目前开发应用的氧还原催化剂催化活性太低,电极功率密度有待提高;二是常规结构的空气阴极极化电阻小,难以满足大功率输入;三是金属阳极锈蚀严重,导致阳极利用率不低;第四,电池系统的热失控导致电池系统长时间无法工作。自2013年起,中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室开始部署金属空气电池研究。

研究团队在石墨烯填充催化剂、新型结构空气阴极、金属阳极合金化、单电池制造工艺等方面取得了一系列进展。其中,石墨烯填充锰基氧化物催化剂和新型石墨烯基高效空气阴极使单电池功率密度提高了25%(见图1),大大提高了金属-空气电池的综合性能。秉承“材料需要成为材料,材料需要成为器件,器件需要易于使用”的研究理念,研究团队还对电池设计和系统集成技术进行了深入研究。2015年成功研制出能量密度400Wh/kg、容量3kWh、输出功率300W的镁空气电池发电系统。

最近,基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝-空气电池发电系统已经成功开发出来(见图2)。电池系统能量密度高达510Wh/kg,容量20kWh,输出功率1000W,实际显示电池系统可以同时为电视机、电脑、电风扇、10个60W灯泡供电(见图3),测试铝空气电池系统的可行性。据报道,研究小组正在大力设计和开发一种5kW大功率铝-空气电池系统,可用作通信基站的可用电源和电动汽车的增程器。研究团队围绕金属空气电池的研究发表了10多篇SCI论文和20多项发明专利,不具备关键材料和元器件、单体电池和模块化电池的小试生产能力,计划近期推进金属空气电池产业化。

研究工作得到了宁波科技创新团队和宁波自然科学基金的支持。|ag体育。

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