鋁-空氣電池的前景怎樣？

12-24

從這個新聞上看，似乎是很有前景的技術：
鋁空氣電池迎契機特斯拉專利瞄準金屬空氣電池

補充一些新找到的東西：
Wiki：Aluminium

The Al/air battery system can generate enough energy and power for
driving ranges and acceleration similar to gasoline powered cars...the
cost of aluminium as an anode can be as low as US$ 1.1/kg as long as the
reaction product is recycled. The total fuel efficiency during the
cycle process in Al/air electric vehicles (EVs) can be 15% (present
stage) or 20% (projected), comparable to that of internal combustion
engine vehicles (ICEs) (13%). The design battery energy density is 1300
Wh/kg (present) or 2000 Wh/kg (projected). The cost of battery system
chosen to evaluate is US$ 30/kW (present) or US$ 29/kW (projected).
Al/air EVs life-cycle analysis was conducted and compared to lead/acid
and nickel metal hydride (NiMH) EVs. Only the Al/air EVs can be
projected to have a travel range comparable to ICEs. From this analysis,
Al/air EVs are the most promising candidates compared to ICEs in terms
of travel range, purchase price, fuel cost, and life-cycle cost.

要點：

考慮到回收，鋁負極的成本可以低到USD$1.1/kg。

就整個循環來說，它的能量效率在15%~20%，只比內燃機13%稍高一點。

能量密度可以做到1300 ~ 2000 Wh/kg。相比之下特斯拉的只有200wh/Kg。

總之結論還是樂觀的。

另外，我覺得雖然它不可充電，這在成本上可能是個劣勢，但同時也是個優勢：不用到處建充電樁，只需要用貨車把電池運到路邊加油站、超市就能賣了（能量塊啊！）。而且，就目前的鋰電池來說，因為受電流強度限制，在理論上充電就不可能太快。如果是換電池就快多了。況且，如果真的能有那麼大容量的話（400kg=12000km航程），一年一換，也就相當於一個大保養而已。

大家怎麼看？

最近正在參與一個鋁空氣電池的項目，對鋁空氣電池也有了一定的了解。
首先要說一下，今年上半年被媒體瘋狂報道的那個鋁電池（湖大副教授研究出可充電鋁離子電池）不是同一個東西。鋁空氣電池是一次電池，也就是說它是不能充電循環的。
國內做鋁空氣電池的研究機構不少，但大多還只是實驗室的產物，或者說是應用領域在軍工方面。我參與的這個項目，不敢說全球第一，但應該是國內第一個將鋁空氣電池商業化的項目。具體項目的內容不好透露，但有一點可以說明，那就是前期的目標並不是車用電池。由於車用電池涉及到的複雜性，准入非常困難，尤其是在中國，可以說沒有ZF背景幾乎不可能進入這個行業，所以我們沒有將前期的產品定位在車用電池，但不排除以後有往這個方向進軍的可能。

----------------------說一下鋁空氣電池與鋰離子電池的對比吧-----------------------

首先是鋁空氣電池的特點是安全性好，因為使用的是水溶液作為電解質，不存在鋰離子電池常見的燃燒甚至爆炸的問題，這一點對車用電池至關重要！鋰離子電池之所以會燃燒，就是因為其實用的電解質是有機物，遇到氧氣、水就會放熱，同時產氣，然後溫度一高就燒了。鋁空氣電池從電極到電解質，要不是金屬，要不就是水和鹽，你燒誰去？同時也由於使用水溶液，所以其氣密性、乾燥性的要求就沒有鋰離子電池那麼高，當然必要的密封還是需要的不然水就漏了。。。

其次鋁空氣電池的能量密度高，題主也說到了，鋁空氣電池的能量密度可以達1300~2000Wh/kg，而現在商用鋰離子電池普遍在200-300Wh/kg左右，車用電池估計還要低點。一次電池的能量密度貌似普遍都比較高，這一點是其天生的優勢吧。當然能量密度不代表一切，做成電池還要考慮很多其他的因素，比如放電倍率性能，穩定性等等。而且這個能量密度應該是理論值，實際能達到多少還要看具體情況，因為電池是一個整體系統，除了電芯之外還有很多其他的部件。

第三是鋁空氣電池置換方便，由於是一次電池，用光了再換一個負極就可以直接接著用啦~炒雞方便的有木有？我不明白為什麼上面的答主對不能充電這一點那麼反感，我反倒覺得這是一大優勢。君不見可充電的5號、7號電池（一般為鎳鎘或鎳氫）已經幾乎消失殆盡，而普通不可充電的5號、7號乾電池現在還大有市場？為什麼，不就是方便嗎？沒電了到你家樓下小賣部買一盒就能接著用。試想如果以後在各個加油站出售可置換式的鋁空氣電池，是不是也非常方便呢？況且鋁空氣電池的使用周期很長，按5000~10000km的里程考慮，是不是可以在做保養的時候同時將電池置換了呢？（對了，我好像說過暫時不準備做車用電池哦？）

第四是鋁資源蘊含量超級大，比鋰大得多了去了，所以炒雞便宜。初中的地理學知識就告訴我們，鋁是地殼中含量最高的金屬元素，沒有之一，比鐵還高，佔到地殼總重的8%左右。豐富的蘊含量，以及煉鋁工業非常成熟，帶來了相對低廉的價格。所以這一點也與第三點相呼應，反正便宜嘛，沒電了換一塊鋁就好啦~你鋰離子電池沒電了換塊金屬鋰或石墨負極試試。。。而且鋁空氣電池的負極放電完之後生成的是納米氧化鋁啊，回收還可以賣錢啊有木有？所以才有「考慮到回收，鋁負極的成本可以低到USD$1.1/kg」這一說。

----------------------為鋰離子電池說好話的分界線-----------------------

好吧，上面說了這麼多鋁空氣電池的好話，也該為我以前的老東家說說好話了。這個，做人不能忘本嘛。。。
首先，鋰離子電池畢竟經歷了二十多年的商業化，其製造體系、營銷模式都已經非常成熟了。而鋁空氣電池是一個新生事物（對商業市場來說，研究不算），建立一套體系還需要一段時間。
其次，鋁空氣電池的功率密度對於驅動大型裝置來說，可能還有一點低。這一點有待求證，因為我了解得也還不夠深入。但我想為什麼特斯拉要提出用鋰離子電池作為汽車的驅動，然後再裝一套鋁空氣電池來為鋰離子電池充電這種思路，也許是直接使用鋁空氣電池驅動汽車的話還有缺陷吧。可是話又說回來，鋁空氣電池在軍工中的應用可是用來驅動魚雷的哦，電流可以達到非常大。所以這一點顯得非常矛盾，希望有懂行的朋友來補充解答，先謝過了。
最後，鋁空氣電池在放電過程中還存在一些原理性的問題，主要是絮狀氫氧化鋁的生成，會導致電池放電效率急劇下降。如果防止絮狀氫氧化鋁的生成也是鋁空氣電池研究的一個重要方向。

最後總結一下，雖然鋁空氣電池有很多優點，也存在著種種問題，但我個人是十分看好其應用前景的。一個新事物的出現總是會引起各種質疑，但隨著技術的成熟與市場接受度的提高，各種問題就在發展中不斷的得到了解決。總之，更好更便捷的生活才是我們的追求。

這貨還在實驗室，從資料上來看確實是性能提高不少，是否能救市另說，但成果不等於產品，產品不等於能產業化，能產業化不等於用戶接受高。
所以，前景真不好說，只能說保守樂觀。
最後吐槽一點，金屬鋰電池的製備工藝天朝至今未掌握，有了成熟技術也未必能國產。據我所知做的較好的是以色列，也僅少量軍品。

6月25日更新
最近剛去某鋁空實驗室調研，看到成品。
有感：
1、這貨目前能量密度才200，離吹的還很遠好么？院方意見是提升空間還很大，好吧；
1.5、循環壽命指標確實不錯，近千次循環基本無衰減，但倍率性能離開車還遠，其本身內阻就大，實驗室的粗糙產品更加劇倍率放電下的熱效應；
2、換鋁板好麻煩，實驗室產品就是不考慮實用性，悄悄告訴大家院方的樣車裡面其實主用我們的鋰電。

瀉藥~
有炒作嫌疑！
鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、氧為正極，以氫氧化鉀（KOH）或氫氧化鈉（NaOH）水溶液為電解質。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時產生化學反應，鋁和氧作用轉化為氧化鋁。鋁空氣電池的進展十分迅速，它在EV上的應用已取得良好效果，是一種很有發展前途的空氣電池。
【from:鋁空氣電池_百度百科】
進入正題：
新聞中提到的

「100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量。」

但是請注意以下截取的新聞報道：

【from:鋁空氣電池加水即可續航3000公里】

既然100公斤就能行駛3000公里，那為什麼還要仍需保留鋰離子電池呢？而且要在鋰離子電池電量耗盡後才啟動？

我認為雖然優點很優，缺點也比較顯而易見：
1.比功率較低，充電和放電速度比較緩慢；
2.電壓滯後，自放電率較大；
3.需要採用熱管理系統來防止鋁空氣電池工作時的過熱
所以說前景的話，肯定是有的，但是在這些致命缺點解決以前，短時間內是不會取代鋰離子電池。

各種空氣電池早已存在。屬於儲備電池範圍。想想沒電的時候換塊金屬塊，多完美。但是這類電池都有一個共性問題:沒有較完善的電解質膜的解決方案，所以導致這一類電池的應用始終無法擴大。這膜要保護金屬在鹼液中的穩定性，要以離子的方式傳輸電流，想想電池中隔膜加電解液的作用，想想鋰亞硫醯氯中鋰金屬的電解質膜的作用。這些都是空氣電池要首先突破的。

參數上很有前途，我們可以換個思路，把它作為後備電源（也就是類似手機移動電源）。特斯拉的200wh/kg，可以跑400公里，鋁空氣的1300~2000wh/kg，意味著，我只要再後備箱備用一塊目前特斯拉電池重量1/6的鋁空氣電池（給特斯拉一路充電充著走）又可以續跑400公里。。。。。。如果這貨安全，方便，環保那更完美了。
………………………………………
純估算，特斯拉電池塊400kg，1/6就是70kg，一個人的重量，如果體積又小的話，真的很好。

科研人員利用石墨烯研製出千瓦級鋁空氣電池

2017-06-09 中科院之聲

為了滿足不斷發展的智能電網、移動通訊、電動汽車和應急救災的需要，迫切需要開發能量高、成本低、體積小、壽命長的新型化學電源。金屬空氣電池（也稱為金屬燃料電池）是一種將金屬材料的化學能直接轉化為電能的化學電源。金屬空氣電池具有能量密度高、價格低廉、資源豐富、綠色無污染、放電壽命長與安全環保等優勢，已被國家列入《「十三五」國家戰略性新興產業發展規劃》，同時還被國家發改委、能源局列入《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》。僅在通訊基站備用電源市場方面，據不完全統計，2016年中國通訊基站的數目是近600萬個。傳統通訊基站一般採用大容量鉛酸蓄電池配合柴油發電機作為備用電源系統，目前在用鉛酸蓄電池高達1000多萬組，體積和質量均較大，3～4年更換一次，使用壽命較短。然而，金屬空氣電池具有比能量密度高（系統可達400 Wh/kg以上）、儲存時間久（約15年）、備用時間長（30~50 h）及適配溫度範圍寬（–20℃~60℃）等優點，是替代通訊基站鉛酸備用電源的優異備選。此外，金屬空氣電池能量密度高達800 Wh/kg，是當前商業化鋰離子動力電池的4倍以上，在電動汽車增程器應用方面也同樣具有誘人的市場前景。

然而，金屬空氣電池產業發展仍然面臨諸多技術瓶頸，影響了其應用推廣。究其原因有四方面：一是當前研發應用的氧還原催化劑催化活性不夠高，電極功率密度有待提升；二是常規結構的空氣陰極極化電阻較大，難於滿足高功率輸出；三是金屬陽極自腐蝕情況嚴重，導致陽極利用率不高；四是電池系統熱失控問題，導致電池系統無法長時間工作。自2013年，中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室部署了金屬空氣電池研究，研究團隊在石墨烯複合催化劑、新結構空氣陰極、金屬陽極合金化、單電池製備工藝等多方面取得了一系列進展，其中採用石墨烯複合錳基氧化物催化劑以及新型石墨烯基高效空氣陰極將單體電池功率密度提高了25%（見圖1），大幅度提升金屬空氣電池綜合性能。系列研究工作發表在國際電化學和材料學術期刊（Journal of Power Sources，2017, 358, 50；Journal of Power Sources, 2017, 342, 192; Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5, 6411; RSC Advances, 2017, 7, 25838; Electrochimica Acta, 2016, 214, 49;Electrochimica Acta, 2017, 230, 418; Journal of The Electrochemical Society, 2017, 164(7), F768; RSC Advances, 2017, 7, 5214; RSC Advances, 2016, 6, 99179; Journal of Power Sources, 2015, 297, 202）。

秉承「料要成材，材要成器，器要好用」的研究理念，研究團隊在電池設計及系統集成技術方面也進行了深入研究。在2015年成功研製出能量密度400 Wh/kg、容量3 kWh、輸出功率300 W的鎂空氣電池發電系統。近日，又成功研製出基於石墨烯空氣陰極的千瓦級鋁空氣電池發電系統（見圖2），該電池系統能量密度高達510 Wh/kg、容量20 kWh、輸出功率1000 W。通過實際演示顯示該電池系統可同時為一台電視機、一台電腦、一台電風扇以及10個60W照明燈泡同時供電（見圖3），初步驗證了該鋁空氣電池系統的發電供電能力。據悉，研究團隊正在積極設計開發用於通訊基站備用電源和電動汽車增程器的5kW級大功率鋁空氣電池系統。

研究團隊圍繞金屬空氣電池研究已發表SCI論文10餘篇、申請發明專利20餘項，具備了關鍵材料與部件、單體電池、模塊化電池堆的小試製備能力，準備近期推動金屬空氣電池產業化。研究工作得到了寧波市科技創新團隊和寧波市自然科學基金的資助。

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/m09NRoMqcux7p9vkB9vOpZcgn8WibVQ0z5IO4O3uEANMia1JF4f0wHEecm8aWicDFia6n19iartJzWy9vqHt7QKkkBA/640?wx_fmt=jpegtp=webpwxfrom=5wx_lazy=1

圖1 石墨烯基陰極與常規陰極的電化學性能比較

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/m09NRoMqcux7p9vkB9vOpZcgn8WibVQ0zhu7RtTcQJGfygxV8GVpJTuJBrMhY06pwviba3DSQIRfELkmkWMiaiacFw/640?wx_fmt=jpegtp=webpwxfrom=5wx_lazy=1

圖2 1000W鋁空氣電池發電系統

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/m09NRoMqcux7p9vkB9vOpZcgn8WibVQ0zP4xjS3wTTdRrcI7SnKDNMuenl6mBjYa1NhHncqkokchLmSsE130K6w/640?wx_fmt=jpegtp=webpwxfrom=5wx_lazy=1

圖3 鋁空氣電池發電系統演示現場

來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所

新聞寫得很美好，這電池也很美好，就是有一個缺點而已…
那就是…它不能充電！！！[1,2]
放完電之後，你得把車開到專門的地方去換一塊電池…這又跟加油有什麼差別呢
實際上，在新聞提到的Citroen C1里，這塊鋁空氣電池是跟鋰離子電池搭配使用的，日常里程一般用鋰離子電池，用光了才啟用鋁空氣電池，所以實際上這是一個備胎，僅供應付日常里程用完而又找不到充電站的情況而已。把這個也用光了，就得去換一塊而不是回家充一充了。
至於特斯拉，一直都打算用鋰離子電池做主力。最近才投了巨資建Gigafactory呢，2020年才達到設計產量，而在此之前，「我們考慮到了出現其它可行技術的情況」（特斯拉CTO語，大意[3]）就是說，目前最看好的就是鋰離子電池了。

參考資料：
[1] Phinergy, Aluminum-Air
[2] Phinergy and Alcoa create new electric car that can go 1,000 miles on one charge
[3] 2014 Energy Storage Symposium

軍用的是做成電纜狀，利用海水中的溶氧，另一種是利用h2o2作為氧化劑

鋁空比鎂空難，倒是有希望先看到鎂空進入市場，不過初期也局限於應急儲備用途、軍事用途、海上用電等。

目前技術還不成熟，沒鋰電池好。不過將來就不好說了，畢竟鋁的價格比鋰便宜好多

金屬空氣電池確實是個方向，優缺點都明顯，關鍵看應用對象。另外，我覺得一次電池，或者說換電極的方式其實比較充電方便，而且換一次基本相當於新的電池，一致性也好，使用感受也好。原理上比較簡單，主要是電極的製備吧。但是要商業化，很多配套的事情要做，比如加工，電解，更換。。。我也看好，並在努力。。。

鋁的重生耗能很高的！好像是13000度電一噸吧，不對的請指出！
按照這個計算，電費就得7500了！
不過現在有用離子液體重生的，能源消耗大大降低。這就向實用化邁出了一步。
然而，還是有很多問題：空氣電池首先是一個開放體系，這就使其很容易受環境的影響。比如，實用的空氣電池是鹼性的電解液，則空氣中的CO2會中和鹼液，生成碳酸結晶從而堵塞空氣通道；高濃度的鹼液在濃度差下，會吸收空氣中的水份，降低電解液電導率等等。
但我還是看好金屬空氣電池，很大一部分問題還是可以通過工程設計和商業模式設計解決的。關鍵是，人家底子好。

鋁100公斤行使3000公里，按現鋁價超過20元/公斤吧，100公斤*20等於2000元。我的豐田2.5排量車(不是混動)按今天油價，加300元95號汽油就能滿跑600公里(高速路況)，也就是跑3000公里才1500元，各位大神這條數學題不是很難計算吧！

這東西出來了！總ＬＩ會不高興的！他力主建的充電樁就成了擺設！得等他死了再說！