中科院宁波材料所用石墨烯研制千瓦级铝空气电池
2017-06-12 来源：中国科学报
日前，中科院宁波材料所成功研制出基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统，该电池系统能量密度高达510Wh/kg、容量20kWh、输出功率1000W。
为了满足不断发展的智能电网、移动通讯、电动汽车和应急救灾的需要，迫切需要开发能量高、成本低、体积小、寿命长的新型化学电源。传统通讯基站一般采用大容量铅酸蓄电池配合柴油发电机作为备用电源系统，目前在用铅酸蓄电池高达1000多万组，体积和质量均较大，使用寿命较短。金属空气电池是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的化学电源。金属空气电池具有比能量密度高、储存时间久、备用时间长及适配温度范围宽等优点，是替代通讯基站铅酸备用电源的优异备选。此外，金属空气电池能量密度高达800Wh/kg，是当前商业化锂离子动力电池的4倍以上，在电动汽车增程器应用方面也同样具有诱人的市场前景。
然而，金属空气电池产业发展仍然面临诸多技术瓶颈，影响了其应用推广。自2013年，宁波材料所动力锂电池工程实验室部署了金属空气电池研究，研究团队在石墨烯复合催化剂、新结构空气阴极、金属阳极合金化、单电池制备工艺等多方面取得了一系列进展，其中采用石墨烯复合锰基氧化物催化剂以及新型石墨烯基高效空气阴极将单体电池功率密度提高了25%，大幅度提升金属空气电池综合性能。
研究团队在电池设计及系统集成技术方面也进行了深入研究。在2015年成功研制出能量密度400Wh/kg、容量3 kWh、输出功率300W的镁空气电池发电系统。
通过实际演示显示，最新研制的电池系统可同时为一台电视机、一台电脑、一台电风扇以及10个60W照明灯泡供电。据悉，研究团队正在积极设计开发用于通讯基站备用电源和电动汽车增程器的5kW级大功率铝空气电池系统。目前，该研究团队已具备了关键材料与部件、单体电池、模块化电池堆的小试制备能力，将在近期内推动金属空气电池产业化。
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