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中鋁集團突破鋁燃料電池產業化技術瓶頸

2019-7-17 9:18:29來源:網絡作者:
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  • 鋁燃料電池由于具有比能量高、適應性強、使用壽命長、對環境友好等優點,在軍事、民用、以及電信系統后備動力源、便攜式電源和新能源汽車動力電池等應用方面具有巨大的商業潛力,成為行業研究的熱點。
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燃料電池由于具有比能量高、適應性強、使用壽命長、對環境友好等優點,在軍事、民用、以及電信系統后備動力源、便攜式電源和新能源汽車動力電池等應用方面具有巨大的商業潛力,成為行業研究的熱點。但由于其存在一些技術瓶頸仍未解決,產業化推進速度緩慢。

  日前,記者在十五屆中國國際鋁工業展獲悉,中鋁集團旗下從事金屬空氣電池產品研發生產的企業——寧波烯鋁新能源有限公司(簡稱“烯鋁公司”)突破了鋁燃料電池產業化技術瓶頸,在展會上首次隆重發布了三款產品:鋁燃料通信備用電源、便攜式鋁燃料應急電源、水電熱一體鋁燃料應急保障設備,并即將實現規模化生產。

  據悉,上述三款產品響應國家在能源上的戰略需要,貼合軍用和民用的應急、備用領域的迫切需求,電池性能顯著領先,受到了廣泛的關注,在行業內反響巨大。

  鋁燃料電池性能優越

  隨著人類社會進步與發展,為避免傳統化石能源的過度消耗和二氧化碳溫室氣體排放等問題,對能源產業的升級以及清潔能源的使用日益受到關注。尤其是近年來,隨著新能源汽車、智能微電網及5G移動通訊等技術的快速發展,人類社會發展對電力能源的依賴程度越來越強,人類社會活動對電源需求以及經濟性要求越來越高。然而,現有的燃油發電機組及各類化學電源(如鉛酸電池、鋰離子電池、氫燃料電池等)難以完全滿足人們對電源的安全性、經濟性和長續航等多樣化需求。尤其在應急電源環境污染、重大災害水電熱應急保障、動力電池續航時間短、戰時供電安全與戰略替代能源等軍用和民用的痛點難題上,傳統能源體系難以提供合適的電源解決方案。

  金屬空氣電池,又稱為金屬空氣燃料電池或金屬燃料電池,是一種將鎂、鋁等輕金屬為燃料的化學能直接轉化為電能的發電/儲能裝置。它具有比能量密度高、成本低、安全性高、低熱輻射、低噪音、儲存時間久、放電壽命長、適配溫度范圍寬、資源豐富及綠色無污染等優勢;尤其是比能量密度遠高于其它傳統電池,其中鋁的理論能量密度可達8140瓦時/公斤,是當前商業化鋰離子電池的數十倍,因此,被稱為“面向21世紀的綠色能源”。

  鑒于金屬空氣電池具有的上述優點,其作為應急、備用電源非常適合用于解決軍用和民用的某些場景的痛點難題。金屬空氣電池已明確被國家列入《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》和《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》中,可望實現在電動汽車、智能微電網、通訊基站與應急救災等領域的規模應用。

  中鋁突破鋁燃料電池

  產業化技術瓶頸

  正是看到了鋁空氣電池的性能優勢,以及其在解決軍用供電安全性、重大自然災害時的供電以及動力電池續航等問題上的潛力,中鋁集團積極響應國家能源技術革命的號召,主動開展戰略新能源新材料的技術研究開發和項目投資合作,通過產學研結合的創新活動提供貼合產業需求的能源解決方案,引領能源技術革命新趨勢,推動中國金屬空氣電池事業向前發展,為解決軍用和民用的應急備用電源的痛點難題貢獻力量。今年3月,中鋁集團旗下中鋁創新開發投資有限公司出資成立烯鋁公司。

  烯鋁公司研發團隊核心成員、中鋁中央研究院東南分院熔鑄研究所所長何立子教授告訴記者,為了實現鋁燃料電源系統在通信基站、應急救災和軍事應急保障能源等領域的示范運行和規模應用,烯鋁公司與中鋁中央研究院東南分院、中科院寧波材料所、浙江省石墨烯制造業創新中心緊密合作,集合多方技術優勢和力量,結合擁有的石墨烯空氣電極技術、鋁陽極技術、電源及系統集成控制技術,積極推進高性能石墨烯基鋁燃料電池技術的產業化和商業化工作。

  在研發過程中,創業技術團隊突破了鋁燃料電池的諸多技術瓶頸,如氧催化劑活性不高、空氣陰極極化電阻較大、鋁陽極自腐蝕嚴重、熱失控及難以二次啟動等。在鋁合金電極制備方面提出多元合金化結合微觀組織結構調控的全新設計思路,降低了自腐蝕速率,同時提高了鋁電極的電化學腐蝕電位的電負性,大幅度提升了鋁陽極的燃料利用率;在空氣陰極制備方面充分利用石墨烯材料的導電、導熱及協同催化等優點,大幅度降低了電池的歐姆極化電阻及反應過電位,顯著提升了電池的功率輸出性能;在電池堆模塊結構設計方面,巧妙地采用散熱件與集流件一體化技術,攻克了鋁燃料電池實用化過程中的熱逃逸難題;在電源系統集成方面,大膽創新的提出流場、溫度場及控制信息流的實時多向聯動的電源管理系統的架構設計,突破了免清洗和無水冷系統的集成技術瓶頸,集成方案國內領先,為國內外首創。

  鋁燃料電池前景看好

  需行業攜手共推

  烯鋁公司總經理龍江濤表示,該公司目前批量生產的核心部件性能如電解液消耗量等,比同類產品性能高出兩倍以上;并已成功開發鋁燃料通信備用電源、便攜式鋁燃料應急電源及水電熱一體鋁燃料應急保障設備三大系列產品。

  據介紹,烯鋁公司研發的便攜式鋁燃料應急電源系列產品,主要針對野營、野戰分隊、救援分隊等野外供電難、隱蔽難等問題而研制,具有體積小、重量輕、便于攜帶、噪音/紅外特征低等優點。可解決“電從哪來”的問題,只要有水便能供電,一般滿載連續供電10小時以上,且可快速更換鋁燃料實現超出時間連續供電。

  水電熱一體鋁燃料應急保障設備系列產品則主要解決駐訓、野外勘探、應急救援、戰時應急保障等無市電情況下的水電熱保障難題。產品使用普通水源(包括河水、雨水等)便能實現供電、供水和供熱功能,通過一體化便攜設備、方艙等解決野外、災區安置點或城市避難所等不同場景的供電、供水、供熱需求。據悉,這款產品也填補了國內空白。

  鋁燃料通信備用電源系列標準產品,為3kW功率輸出的電源系統,并可根據客戶需求實現模塊化擴展至4.5kW、6kW、10kW、12kW及以上等系列產品。主要針對傳統通信基站鉛酸電池重量體積大、備電時間短和使用壽命短,燃機發電機組噪音擾民、5G基站擴容難等痛點研制。在相同情況下,備電時間將延遲2倍以上,可應用于全國198萬余座通信基站及其它通信系統的備用電源。據了解,這款產品預計將于今年9月份在鐵塔、電信、移動、聯通等基站上進行試用,代替原來的柴油發電機和鉛酸電池作為備用電源。

  對于鋁空氣電池的發展前景,龍江濤十分看好。他表示,盡管目前整個行業仍處于推廣應用階段,行業面臨鋁空氣電池生產企業少,上下游配套企業少,概念性、實驗室的產品多,真正應用的產品少等問題,但市場前景十分廣闊,金屬燃料電池的發展也已經進入了快車道,需要行業企業共同努力,一起攜手推動產業發展。

  他透露,目前烯鋁公司一期項目正在建設,年設計產能為3000臺套,預計將于今年9月投產,二期年設計產能為10000臺套,公司下一步將積極研發冷鏈車、無人駕駛車、無人機等特種領域的鋁燃料動力電池。

(關鍵字:鋁)

(責任編輯:01175)
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