鋁燃料電池的重大進展

　　世界上第一個燃料電池是威廉·格羅夫（William Grove）1939年發(fā)明的，至今已有78年的歷史，經(jīng)這些年的發(fā)展，已從單體鋁燃料電池發(fā)展到有各種實用價值的電源（供電系統(tǒng)），如德陽東深新能源科技有限公司的堆砌式發(fā)電站和車載移動電站等。電池陽極為發(fā)生氧化反應(yīng)的鋁板，是電子流出的電極，陰是指發(fā)生還原反應(yīng)的電極，是電子流入的電極。

　　中國鋁燃料電池的發(fā)展

　　世界上鋁燃料電池的較大規(guī)模研發(fā)始于上世紀(jì)60年代的美國，上世紀(jì)70年代他們集中于航海航標(biāo)燈、礦井照燈等電源用電池的研究；上世紀(jì)80年代加拿大鋁電源公司（Aluminum Power）采用鋁合金陽極和有效的空氣（氧）電極制成的電池體系在便攜式電源、備用電源推向市場，為鋁燃料電池的商化應(yīng)用作出了很大貢獻；2014年6月國外媒體報道了美國鋁業(yè)公司與以色列菲涅金公司（Phinergy）聯(lián)合研發(fā)的動力鋁燃料裝置在汽車上進行路況試跑，續(xù)航里程達1600km的世界紀(jì)錄，在燃料電池發(fā)展史上具有里程碑意義，為動力鋁燃料電池的發(fā)展作出了巨大貢獻，使菲涅金公司成為世界鋁燃料電池的領(lǐng)跑者。這種鋁燃料電池系統(tǒng)陽極由50塊鋁板組成，每塊質(zhì)量500g，總質(zhì)量25kg，每一塊鋁板提供的電力可使電動汽車行駛32km。2014年2月，美國鋁業(yè)公司與菲涅金公司就鋁燃料電池的進一步開發(fā)簽訂了合作協(xié)議，并于6月初在加拿大蒙特利爾一級方程式賽道上對鋁燃料電池電動汽車進行了試駕，計劃于2017年實現(xiàn)電動汽車專用鋁燃料電池批量生產(chǎn)，推向世界市場。

　　中國對鋁燃料電池研發(fā)始于上世紀(jì)90年代，現(xiàn)已成為世界最大的鋁燃料電池研發(fā)與生產(chǎn)國，但研發(fā)技術(shù)與美國、以色列相比還有一些差距。中國從事相關(guān)技術(shù)研究的單位主要有中國科學(xué)院過程工程研究所、大連物理化學(xué)研究所、船舶重工712所、北京大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢大學(xué)、天津大學(xué)、北京有色金屬研究總院、四川德陽東深新能源科技有限公司、臺州非常新能源科技有限公司、云南冶金集團創(chuàng)新金屬燃料電池股份有限公司等。截至2016年中國生產(chǎn)新能源動力電池的大大小小企業(yè)約有150家。

　　東深新能源科技有限公司

　　該公司成立于2011年10月，位于四川省德陽市旌陽區(qū)高新產(chǎn)業(yè)區(qū)，國家高新技術(shù)企業(yè)，擁有自主知識及歐盟、美國發(fā)明專利多項，目前國內(nèi)唯一《鋁-空氣金屬料發(fā)電堆》標(biāo)準(zhǔn)備案企業(yè)，與美國UL總部、香港生產(chǎn)力促進局（HKPC）共同制定了鋁燃料電池UL國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)率先實現(xiàn)鋁燃料電池產(chǎn)業(yè)化企業(yè)之一，使中國鋁燃料電池的研發(fā)及市場化取得重大進展。

　　東深新能源科技有限公司自2011年成立以來，取得的階段性成就有：2012獲得《燃料電池的結(jié)構(gòu)和制備方法》專利轉(zhuǎn)讓；2013年制成50kW鋁燃料發(fā)電機樣機；2014年核心材料和關(guān)鍵技術(shù)取得實質(zhì)性突破；2015年新能源汽車動力電池系統(tǒng)大功率鋁燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)項目列入省科技廳支撐計劃，鋁燃料電池不間斷電源系統(tǒng)（UPS）被省經(jīng)委和省財政廳認定為四川省重大技術(shù)裝備省內(nèi)首臺（套）產(chǎn)品；2016年《大功率鋁燃料電池系統(tǒng)》獲PCT（專利合作協(xié)定）歐盟授權(quán)英、法、德、意生效；2016年與中國鐵塔集團簽訂1000臺基站不間斷電源系統(tǒng)合同，實現(xiàn)了鋁燃料電池的商業(yè)化生產(chǎn)。

　　當(dāng)下，東深新能源科技有限公司生產(chǎn)鋁燃料電池系統(tǒng)有兩大類：容量型（STK-X），主要適用于不間斷電源，容量大，比功率小，應(yīng)用于通訊基站、移動式充電樁、智能微電網(wǎng)等；功率型（FMG-X），這種電源功率大，容量小，主要用作牽引動力，應(yīng)用于車輛、航空航天器、艦船等。

　　2017年2月24日，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會會長陳全訓(xùn)、副會長文獻軍等一行在考察德陽東深新能源科技有限公司時興奮地說：“你們做了一件非常有意義的事情，鋁燃料電池理論性的探討走到了產(chǎn)業(yè)化，這是新能源革命突破，你們是開拓者?！标惾?xùn)對該公司寄予厚望，他對公司研發(fā)團隊說：“鋁燃料電池是個好項目，但要形成商品化、市場化將有大量事情要做，你們是開拓者，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會將支持你們的產(chǎn)品開發(fā)和推廣應(yīng)用，充分利用我們協(xié)會的優(yōu)勢，為你們提供幫助，今后我們要繼續(xù)跟蹤，希望你們的事業(yè)成功發(fā)展?！?/p>

　　非常新能源科技有限公司（SUPER）

　　該公司位于浙江省臺州市，在研發(fā)鋁燃料電池領(lǐng)域取得驕人的業(yè)績，已開發(fā)出各種大中小型電源投入市場，與北京大學(xué)、臺州市政府合作成立了“臺州市非常金屬燃料電池研究中心”，致力于提升鋁燃料電池系統(tǒng)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、開發(fā)混合系統(tǒng)并應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域以及新的金屬燃料電池系統(tǒng)等研究。

　　公司生產(chǎn)的多項鋁燃料電池參加了2016美國拉斯維加斯展覽。擁有一系列核心技術(shù)：鋁合金電極的制備，陽極自腐蝕的抑制與鈍化抑制及放電活性的提高；氧還原催化材料的制備及空氣擴散電極的連續(xù)化生產(chǎn)；含活性添加劑電解液的制備與電解液處理系統(tǒng)，可以抑制陽極腐蝕，減少極化，提高電池效率；電解液循環(huán)系統(tǒng)、空氣流通保障系統(tǒng)和電池組熱管理系統(tǒng)；電池系統(tǒng)機械式再充電，合金陽極放電后機械換新；放電產(chǎn)物和電解液集中再生處理，制備高純納米氧化鋁，實現(xiàn)產(chǎn)物價值提升，所有物質(zhì)循環(huán)再利用。

　　采用新型催化劑配方制備空氣電極，成本低、性能高，其單位面積放電密度已達到國外同類產(chǎn)品水平，填補了該類產(chǎn)品的國內(nèi)空白。2013年率先建成國內(nèi)首條連續(xù)化空氣電極生產(chǎn)線。

　　公司獲得10余項發(fā)明專利，擁有國內(nèi)和國際專利授權(quán)，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系。利用電化學(xué)方法將發(fā)電產(chǎn)物制成高附加值納米級氧化鋁，或?qū)⑹巧a(chǎn)納米級氧化鋁的全新革命性技術(shù)，已在軍工領(lǐng)域獲得應(yīng)用，榮獲全軍科技進步三等獎。

　　云南冶金集團創(chuàng)能金屬燃料電池股份有限公司

　　創(chuàng)能公司自主研發(fā)鋁燃料電池關(guān)鍵材料及其制備技術(shù)填補了云南省在此領(lǐng)域的空白：空氣極成本低，而且使用壽命長達7000h，達到國際領(lǐng)先水平；自主生產(chǎn)的特種鋁合金陽極板不但生產(chǎn)成本低，而且其性能可與奧科寧克鋁業(yè)公司的高純鋁板相媲美；電解液性能達到世界領(lǐng)先水平，實現(xiàn)了廢電解液綜回收制備高附加值超細氧化鋁粉、阻燃劑等多種產(chǎn)品的生產(chǎn)；產(chǎn)品獲得授權(quán)專利4項、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項；已建成20MW鋁燃料電池組裝生產(chǎn)線，主導(dǎo)產(chǎn)品為隨身電源、大中型備用電源、動力電源、輔助材料等，電源產(chǎn)品生產(chǎn)能力可達20萬臺/年。

　　鋁燃料電池發(fā)展趨勢

　　當(dāng)前全世界動力電源研發(fā)單位與生產(chǎn)企業(yè)都把力量投放于燃料電池，而鋁燃料電池的開發(fā)又是重中之重，因為鋁燃料電池具有可比擬的諸多優(yōu)點：鋁的資源豐富，價格合理，鋁燃料電池制造成本約為500元/kWh，是鋰離子電池生產(chǎn)成本4000元/kWh的1/8；用于汽車上，運行成本與燃油汽車的相當(dāng)或更低一些，鋁燃料電池汽車百公里約消耗3kg鋁、5L水與電解液，運行成本約59元，而一般乘人車的油耗約8L/100km，按7.63元/L計算約合61元；續(xù)航能力高于鋰離子電池，鋁燃料電池比能量可達到350Wh/kg~500Wh/kg，是鋰離子電池120Wh~150Wh/kg的3倍，因此在同等質(zhì)量時，鋁燃料電池攜帶電量為鋰離子電池的3倍，續(xù)航里程也是鋰離子電池的3倍；更換方便，鋁燃料電池消耗的是鋁及水，運行過程中只需要換鋁板與加適量水，操作簡便；綠色環(huán)保，鋁燃料電池運行期間主要副產(chǎn)物是Al(OH）3，不但對環(huán)境無害，而且可回收，制成納米級Al2O3粉；絕對安全，不會產(chǎn)生燃燒爆炸。

　　國外簡況

　　奧科寧克鋁業(yè)公司與以色列菲涅金公司在開發(fā)鋁燃料電池方面居世界領(lǐng)先水平，為此領(lǐng)域技術(shù)與制造工程的領(lǐng)跑者。日本豐田汽車公司研究院（Toyota Research Institute）將與美國斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院（MIT）、密歇根大學(xué)、紐約州立水牛城大學(xué)、康涅狄格大學(xué)以及英國的伊利卡（Ilika）研究所等合作研發(fā)基于人工智能（AI）的新能源電池材料。

　　中國工信部對汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展制定方案

　　2017年4月，國家工信部、發(fā)改委、科技部、財政部等有關(guān)部門聯(lián)合印發(fā)出臺《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》（以下簡稱《行動方案》）?！缎袆臃桨浮诽岢龇秩齻€階段推進我國動力電池發(fā)展：2018年，提升現(xiàn)有產(chǎn)品性價比，保障高品質(zhì)電池供應(yīng)；2020年，基于現(xiàn)有技術(shù)改進的新一代鋰離子動力電池實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用；2025年，采用新化學(xué)原理的新體系電池力爭實現(xiàn)技術(shù)變革和開發(fā)測試。

　　《行動方案》提出了5個方面的發(fā)展目標(biāo)：大幅提升產(chǎn)品性能，2020年動力電池系統(tǒng)比能量力爭比現(xiàn)有水平提高一倍達到260Wh/kg，成本降至1元/Wh以下，2025年動力電池單體比能量達到500Wh/kg；二是產(chǎn)品安全性滿足大規(guī)模使用需求，實現(xiàn)全生命周期的安全生產(chǎn)和使用；三是產(chǎn)業(yè)規(guī)模合理有序發(fā)展，2020年行業(yè)總產(chǎn)能1000億Wh、形成產(chǎn)銷規(guī)模400億Wh以上的龍頭企業(yè)；四是關(guān)鍵材料及零部件取得重大突破，2020年形成具有核心競爭力的創(chuàng)新型骨干企業(yè)；五是高端裝備支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2020年實現(xiàn)裝備智能化發(fā)展、制造成本大幅降低。

　　《行動方案》提出了實現(xiàn)發(fā)展目標(biāo)的9項重點任務(wù)：建設(shè)動力電池創(chuàng)新中心，實施動力電池提升工程，加強新體系動力電池研究，推進全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，提升產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，加快建設(shè)完善標(biāo)準(zhǔn)體系，加強測試分析和評價能力建設(shè)，建立完善安全監(jiān)管體系，加快關(guān)鍵裝備研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

　　《行動方案》的出臺對加快推動我國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展將起到巨大作用。