中科院宁波材料所刘兆平课题组：利用石墨烯研制出千瓦级铝空气电池

【成果简介】

近日，中科院宁波材料所研究员刘兆平团队，在铝空气电池的研究上取得了重大系列突破，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。相关成果以“Performances of an Al–0.15 Bi–0.15 Pb–0.035 Ga alloy as an anode for Al–air batteries in neutral and alkaline electrolytes”为题发表于英国皇家化学会的期刊 RSC Advances上。

【图文导读】

图1 石墨烯基阴极与常规阴极的电化学性能比较

图2 1000W铝空气电池发电

图3 铝空气电池发电系统演示现场

【研究内容】

金属空气电池（也称为金属燃料电池）是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的化学电源。金属空气电池具有能量密度高、价格低廉、资源丰富、绿色无污染、放电寿命长与安全环保等优势。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。究其原因有四方面：一是当前研发应用的氧还原催化剂催化活性不够高，电极功率密度有待提升；二是常规结构的空气阴极极化电阻较大，难于满足高功率输出；三是金属阳极自腐蚀情况严重，导致阳极利用率不高；四是电池系统热失控问题，导致电池系统无法长时间工作。自2013年，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%（见图1），大幅度提升金属空气电池综合性能。

秉承“料要成材，材要成器，器要好用”的研究理念，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400 Wh/kg、容量3 kWh、输出功率300 W的镁空气电池发电系统。近日，又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（见图2），该电池系统能量密度高达510 Wh/kg、容量20 kWh、输出功率1000 W。通过实际演示显示该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照明灯泡同时供电（见图3），初步验证了该铝空气电池系统的发电供电能力。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。

原文链接：宁波材料所利用石墨烯研制出千瓦级铝空气电池.

文献链接：Performances of an Al–0.15 Bi–0.15 Pb–0.035 Ga alloy as an anode for Al–air batteries in neutral and alkaline electrolytes（RSC Adv., 2017, DOI:10.1039/C7RA02918G)

本文由材料人编辑部洪扬编辑，点我加入材料人编辑部。

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