鋁燃料電池是一種發(fā)電設(shè)備，是一個(gè)“發(fā)電廠”，這種發(fā)電機(jī)的陽(yáng)極為鋁合金，陰極為空氣，運(yùn)行過(guò)程中(圖1)通過(guò)消耗鋁合金陽(yáng)極、電解質(zhì)(液)水和空氣中的氧對(duì)外輸出電能，運(yùn)行過(guò)程中有Al(OH)3產(chǎn)生，是一種很有商業(yè)價(jià)值的副產(chǎn)物。實(shí)際上是一種在催化劑的催化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的一種化學(xué)電源，是鋁電解的逆過(guò)程。

實(shí)際發(fā)電電池是鋁燃料電池與輔助電池(鋰電池或鎳氫電池)組成的混合系統(tǒng)，圖1即為非常新能源有限公司的這樣模式，其特點(diǎn)是：利用鋁燃料電池比能量大的特點(diǎn)，以它作為能源包，貯存攜帶能量，恒功率輸出，使用后整體更換;發(fā)揮鎳-氫電池/鋰電池輸出性能好、充電效率高特點(diǎn)，將它們結(jié)合在一起，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，在鋁燃料電池工作工始和結(jié)束時(shí)利用輔助電池循環(huán)電解液，完全控制鋁燃料電池的自放電和擱置性能。

鋁燃料電池技術(shù)參數(shù)

截至2016年，德陽(yáng)東深新能源科技有限公司推向市場(chǎng)的鋁燃料電池，由其特性及應(yīng)用方向分為容量型及功率型兩種，前者容量大比功率小，后者功率大比容量小。它們的技術(shù)參數(shù)(見(jiàn)表1)。容量型鋁燃料電池主要適用于UPS(不間斷電源，Uninterraptible Power Source)，應(yīng)用于通訊基站、移動(dòng)式充電樁、智能微電網(wǎng)等;功率型鋁燃料電池主要適用于牽引動(dòng)力，應(yīng)用于車(chē)輛、航空器、艦船等方面。

鋁燃料電池的優(yōu)點(diǎn)

鋁燃料電池具有比能量大、成本較低、更換方便、綠色環(huán)保、安全可靠、適用性強(qiáng)、可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、生成物可全部回收循環(huán)利用等特點(diǎn)。

比能量大

鋁燃料電池的理論比能量可達(dá)8178Wh/kg，是鋰離子電池的4倍，其電源系統(tǒng)具有大電流、低噪聲(≤35dB)、無(wú)紅外特征、長(zhǎng)航時(shí)(一次加或更換鋁陽(yáng)極可持續(xù)大電流供電7d~42d)。鋁燃料電池的實(shí)際比能量可達(dá)350Wh/kg~500Wh/kg，為鋰離子電池120Wh/kg~150Wh/kg的3倍，續(xù)航里程也相應(yīng)為鋰離子電池的3倍。以北京汽車(chē)集團(tuán)的E150型電動(dòng)車(chē)為便，鋰離子電池?cái)y帶的電量26kWh，而等同質(zhì)量鋁燃料電池可攜帶78kWh，續(xù)航里程390km，與燃油汽車(chē)一次加油行駛的里程相當(dāng)。

運(yùn)行成本較低，與燃油汽車(chē)的相當(dāng)

根據(jù)童東風(fēng)等與東深新能源科技有限公司的數(shù)據(jù)(圖2)，鋁燃料電池電動(dòng)車(chē)的鋁、水消耗分別為3kg/100km、5L/100kg，按15000元/t鋁價(jià)及3000元/t鋁材加工費(fèi)計(jì)算，鋁耗成本為54元，電解質(zhì)成本按1元/L計(jì)算，則鋁燃料電池成本約59元/100km，而一般小型乘人行駛油耗約8L/100km，汽油價(jià)格按7.63元/L計(jì)算，則行駛費(fèi)用為61元/100km。

制造成本較低

電池的制造成本用制造電池的費(fèi)用除以電池可以儲(chǔ)存的電量來(lái)表達(dá)，據(jù)東深新能源科技有限公司的統(tǒng)計(jì)，制造鋁燃料電池為500元/kWh，僅為生產(chǎn)鋰離子電池成本4000元/kWh的1/8。

更換簡(jiǎn)單易行方便

鋁燃料電池運(yùn)行放電時(shí)消耗的是鋁和水為主，運(yùn)行過(guò)程中只需要添加適量的水，運(yùn)行周期完成后，僅需更換鋁板或整體更換電池堆，操作快捷，簡(jiǎn)單方便，從操作時(shí)間和簡(jiǎn)易程度上來(lái)看與汽車(chē)加油時(shí)的相當(dāng)，比蓄電池的充電時(shí)間短得多。斷電后可迅速瞬間啟動(dòng)，電壓穩(wěn)定，電流輸出正常。

鋁燃料電池運(yùn)行期間主要副產(chǎn)物是氫氧化鋁Al(OH)3，對(duì)環(huán)境無(wú)害，且可循環(huán)利用，加工成納米級(jí)高純Al2O3，循環(huán)利用加工成本還不到10元/kg，而燃油汽車(chē)卻存在嚴(yán)重的廢氣污染、鋰離子電池汽車(chē)則有重金屬污染等。鋁燃料電池運(yùn)行時(shí)無(wú)機(jī)械震動(dòng)，非常平穩(wěn)，無(wú)噪聲，噪音≤35dB;無(wú)熱源，不會(huì)起火，不會(huì)爆炸。無(wú)電磁特征，燃料利用率達(dá)92%以上。

安全可靠

物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不因暴露于空氣中而發(fā)生腐蝕、發(fā)熱、燃燒或爆炸;受到擠壓撞擊、跌落、刺穿等強(qiáng)力破壞，不會(huì)燃燒或爆炸;電池內(nèi)芯工作溫度40℃，無(wú)燃燒或爆炸等重大安全隱患;可長(zhǎng)時(shí)間、大電流、持續(xù)發(fā)電。

通用性強(qiáng)，適用性廣

鋁燃料電池堆(組)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同使用環(huán)境，各種用電需求快速組合，通用性強(qiáng)。大功率鋁燃料電池設(shè)備可廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、群眾生產(chǎn)生活和國(guó)防各個(gè)方面。

長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行

鋁燃料電池特別適合在大電態(tài)勢(shì)下長(zhǎng)期連續(xù)地運(yùn)行，無(wú)需充電。因此，鋁燃料電池設(shè)備特別適合用作長(zhǎng)時(shí)效UPS。

鋁資源豐富，制造成本不高

雖然中國(guó)可用純拜耳法提取氧化鋁的三水鋁土礦資源少，其他的鋁土礦也不豐富，但就全球而言，鋁土礦有的是，很豐富，地殼中的鋁含量占其總質(zhì)量的8%以上，同時(shí)鋁是回收率很高的金屬，回收能耗僅占原鋁提取總能耗的5%，回收燒損也≤5%，鋁是一種循環(huán)價(jià)值最高的金屬，一種綠色金屬，因此，鋁燃料的價(jià)格可長(zhǎng)期穩(wěn)定在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

氫氧化鋁回收

鋁燃料電池在發(fā)電運(yùn)作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生絮狀A(yù)l(OH)3沉淀，每消耗1kg鋁可產(chǎn)生3kg的Al(OH)3，可制得2kg的Al2O3超細(xì)的納米級(jí)粉粒(圖3)。東深新能源科技有限公司用電池廢漿制備的微粉氫氧化鋁白度≥97%，達(dá)到了微粉要求;粒度相當(dāng)均勻，d50產(chǎn)品粒度0.8μm~1.5μm，而進(jìn)一步制得的氧化鋁粉粒度可達(dá)到30nm。非常新能源科技有限公司采用獨(dú)特鋁合金陽(yáng)極技術(shù)與電解液技術(shù)，通過(guò)嚴(yán)格控制電池系統(tǒng)，防止粗大晶粒產(chǎn)生，再經(jīng)過(guò)一定的處理過(guò)程，制備的納米級(jí)Al2O3的晶粒尺寸、粒度分布、化學(xué)純度、整體色度均得到很好的控制，已在納燈、混合動(dòng)力汽車(chē)、電子襯底片、汽車(chē)尾氣處理催化劑、紫外固化材料、醫(yī)療、光學(xué)薄膜、鋰電池隔膜、車(chē)燈、LED照明、半導(dǎo)體、顯示屏等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。