铝空气电池：期待走入百姓家

李璇|文

这是个啥东西？大家说起铅酸蓄电池、锂电池都略知一二，然而对于“铝空气电池”这个新鲜玩意儿，顿时“不明觉厉”。是的，铝空气电池研发应用近几年刚刚起步，是一种很有发展前途的新型燃料电池。

原理貌似很简单

先插一句题外话：我们必须为电解铝正名。电解铝不是高能耗行业，而是高载能行业，一字之差，谬之千里。铝是由氧化铝通过电解，产生电化学反应，形成了液态铝金属溶液，这个过程中，需要耗费大量的电能，现阶段每吨电解铝需要消耗大约14000度电。但是，从某种意义上讲，一万多度电不是白白丢掉了，而是“变化”成金属铝储存起来了。

那么，问题来了，能不能逆向思维一下？把金属铝里面“存”的电想办法还原出来？

原理正解如下：铝空气电池以含量99.99%的高纯铝为负极、空气中的氧气为正极，以氢氧化钾和氢氧化钠水溶液为电解质，发生与电解铝生产相逆反的反应，就能还原出大量的电能。看懂了吗？来换一个说法：把氧化铝电解成金属铝，需要电；把铝还原成氧化铝，放出电。原理貌似很简单，但在实际研发过程中，受铝的纯度、电极、容器、溶液等一系列复杂条件影响，不是你想像得那么简单。

铝空气电池有哪些特征

铝空气电池具有比能量大、质量轻、废物无毒害等特点。

先科普一下啥叫“比能量”：比能量是指电池单位质量或单位体积内所能输出的电能。假如同样50公斤重的A和B两种电池，A电池能让电动车跑100公里，B电池能让电动车跑50公里，那么，在A和B两种电池的比较中，A电池的比能量大。

从理论上讲，铝空气电池的比能量可达8100Wh/kg，而实际上，由于铝合金纯度、使用环境等限制，目前铝空气电池的实际比能量只达到350Wh/kg，尽管如此，其能量密度也相当于铅酸电池的7～8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。

在质量方面，假如把储能13.5kWh的铅酸蓄电池与铝空气电池相比，前者总质量为375kg，而同样能量的铝空气电池总质量仅45kg，为铅酸蓄电池质量的12%。

虽然叫铝空气电池，但是这种电池不能充电，（重要的话说一遍），而是采用在专业的服务站更换电极的方式。

为什么家用汽车几个月不开的话，会出现打不着火的现象？这是因为车内的铅酸蓄电池容量下降，不足以启动马达。市场上其它种类的蓄电池，都会出现长期不使用的缓慢损耗现象。而以氢氧化钾和氢氧化钠水溶液为电解质的铝空气电池，长时间存放没有损耗，使用前，只需注入水，就可以实现放电。

目前只能作为能源包

传统的铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池等，可以直接作为动力电池，驱动电动汽车、电动自行车等，这类电池受电池容量和体积限制，本身的比能量不高，需要经常充电。铝空气电池虽然比能量很高，但是它有它的先天不足，就是——放电功率很小。以电动汽车为例，一般家用的小型电动汽车、老年代步车等，电机功率为2000W-3000W之间，直接用铝空气电池驱动电机，“臣妾做不到”，如果用铝空气电池给LED灯泡供电，作为野外照明之用，那倒是没问题。那么，如何把铝空气电池作为电动汽车的电源呢？

或许有人从充电宝上得到了启发。手机电池的电快用完了，于是用一块大容量的充电宝给手机电池充电。同样道理，能不能把铝空气电池作为特大型的“充电宝”呢？

于是，一种全新的“电—电混合模式”横空出世：铝空气电池作为能源包，再配置一套锂电池或镍氢电池，成为一种新型的电池组合。铝空气电池比能量大、放电时间长，锂电池、镍氢电池输出性能好、充电效率高，两者“强强联合”，形成“铝空气电池→锂电池/镍氢电池→电动汽车”的联合行动。在“电—电混合模式”中，铝空气电池充当了能源包、能量库的作用。

技术还待成熟

国家鼓励新能源汽车发展，这一点毋庸置疑。现阶段，续航里程、充电桩设置、电池成本成为制约新能源汽车发展的三大因素，其中续航里程成为最大短板。假如你买一辆电动车，从北京开往内蒙古草原，中间得充多少次电啊？即便是目前跑得最远的电动车特斯拉S型，锂电池驱动下，最大续航只有480公里，除非每隔一定距离修建充电桩，否则难以实现远途旅行。况且，你还得有充电的时间啊。

我国电解铝产能相对过剩，促进铝应用成为化解过剩的主要途径。如果把铝空气电池进行规模化生产，广泛应用于新能源汽车，既能给铝应用找一条全新出路，又在很大程度上提高了电动汽车的续航里程，将给人们带来极大的方便。

但是，很遗憾，大多数人还是没有听说过铝空气电池。这个“高大上”的新东西，没有飞入寻常百姓家，原因林林总总，归根到底，主要是技术原因。

铝空气电池的主要原料是铝，如果金属铝中含有一点点其它杂质，在放电过程中产生的附生物就很复杂，影响导电率，从而降低电池组的性能。铝空气电池组中的起停装置、碱液的更换，短路状态的控制、更换铝电池的方法等等，涉及到材料、冶炼、化工、机械等一系列领域。再加上铝空气电池是一个半开放的结构，与外界不仅有热交换，在放电过程中还会产生氢气，系统安全性还有待进一步提高。

因此，据记者本人所知，铝空气电池用于电动汽车尚未成熟稳定，目前还停留在研发与完善阶段。

至于成本因素，由于铝空气电池的主要成分是金属铝、塑料、炭黑和催化剂以及若干连接导线，铝价如今保持在13000元/吨以内，而且供给充足，按照测算，成本应该不会太高。

实验与应用

2014年8月，美铝加拿大公司和以色列Phinergy公司在蒙特利尔向大众展示了一种具有超级续航能力的电池技术。这种重100公斤的铝空气电池，储存了可行驶3000公里的足够电量。理论上，可以从多伦多开到1800公里外的哈利法克斯，连续行驶19个小时。据介绍，使用这种电池的汽车仍然保留着锂电子电池，铝空气电池在锂电池电量耗尽后才启动，期间只需每月加注清水，通常在一年左右达到使用极限后，到服务站更换铝空气电池即可。老外就是厉害啊，然而，这次实验之后，并没有后续实质性的规模化应用。

在中国，吉利汽车研究院曾做过相关的实验，结果验证了铝空气电池只能作为“能源包”使用。“这就相当于一辆燃油汽车，油箱很大，但发动机很小，可以走很长的路，但走得很慢。”

2016年7月，在上海召开的中国国际铝加工论坛上，来自浙江台州非常新能源科技有限公司总经理张树雄在作专题报告时，详细介绍了该公司的铝空气电池研发情况。

2014年8月，该公司完成了国内首次试验性路试，配备的铝空气电池输出直流72V，1200Ah容量，重150公斤，可以驱动吉利熊猫汽车行驶600公里以上。据张树雄介绍的路试结果显示，与锂电池相比，铝空气电池能量大，重量轻，续航里程长，安全可靠，性能稳定，但是动力性能不足，需要与其他蓄电池配套使用。

铝空气电池除了在电动汽车上需要与其它电池配套外，在输出功率不大、需要长时间供电的场所，完全可以替代其它电池直接使用，例如通讯基站、野外照明、应急电源等。另外，在军事领域的无人机、潜艇、通讯、监控设施等，可以得到广泛应用。

在广大工厂和农村，还有各式各样的电动搬运车、电动叉车、老年代步车、电动自行车等等，如果在未来几年，铝空气电池这项技术能够成熟应用，实现规模化生产，必将掀起新一轮的电池革命风暴，试想，开着一辆铝空气电池的电动汽车，只管跑，不加油，只加水，是件多么美好的事情。