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以色列Phinergy公司开发铝空气电池,不需要充电且续航为锂电池四倍

忘不掉 2021-04-15 13:56:09

据外媒报道,以色列清洁能源初创公司Phinergy和印度能源巨头印度石油公司(IOC)共同拥有的IOP公司,致力于将铝空气电池投入商用。他们将与印度两家领先汽车制造商Ashok Leland和Maruti Suzuk合作,以测试Phinergy开发的铝空气电池,评估其商业用途。


以色列Phinergy公司开发铝空气电池,不需要充电且续航为锂电池四倍


(图片来源:timesofindia)


目前,已开发出由25个铝空气电芯构成的电池原型,将在Maruti Suzuki的电动汽车,及Ashok Leland的电动卡车中进行测试。铝空气电池的技术原理很简单,从空气中吸入氧,与电芯中的水和铝反应生成电能。其优势在于,一旦铝被完全腐蚀,可以为电池更换新的负极(铝板)和电解质。对于消费者而言,只需将用过的电池换成新电池。


研究人员表示,铝空气电池的能量密度能达到8kWh/kg,而锂电池为1-1.5kWh/kg。因此,使用领先锂离子电池的电动汽车,单次充电续航里程仅达到100-150公里;而使用铝,即使只有一半的能量密度,仍可实现四倍的续航里程。


铝空气技术更加环保。首先,这是因为铝空气电池不必充电,不需要使用电力;其次,废旧电池中产生的氢氧化铝溶液,可以送入回收装置,实现100%铝回收。


铝空气技术具有更高的安全性。因为只使用无毒水基电解质,温度操作范围广泛。相比之下,锂离子技术使用高度易燃和有毒的有机电解质。


相对于锂来说,铝的供应量更加丰富。此外,铝是一种轻质金属,比起更重的锂离子电池,不会因电池重量而产生能量损耗。


目前唯一的问题在于,铝空气技术的功率密度较低。由于车辆启动时需要较高的功率密度,需要使用一个较小的锂离子电池进行辅助。


Phinergy首席执行官David Mayer表示:“希望在不久的将来,第一批样车将在印度的道路上行驶,并以一种环保、无污染的方式为乘客提供服务。与尺寸和重量相似的锂电池相比,这种电池的续航里程更长,充电速度快,而且不需要依赖电网,具有成本竞争力。”


铝空气电池真的只需加清水就能续航吗?


3000公里,有多远?相当于从杭州自驾到丽江。如果驾驶汽油燃料汽车,这趟旅程的油费成本在2000元左右,如果驾驶电动汽车,能源成本或许会大大下降。不过,这可能吗?


这在理论上将是可行的。日前,美国铝业公司与以色列Phinergy公司在蒙特利尔向大众展示了这样一种具有超级续航能力的电池技术:100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量,只需每月加注清水。相比之下,特斯拉ModelS的电池超过500公斤,而行驶里程不到500公里。


铝空气电池真的只需加水就能续航?为何在电动汽车发展中,锂离子电池成功超越铝空气电池,它的技术瓶颈在哪里?未来,铝空气电池能否取代锂离子电池……今天,记者就电池未来新技术采访了浙江吉利汽车研究院电动汽车研发高级项目经理杜志强、车载电池系统高级工程师陈涛。


以色列Phinergy公司开发铝空气电池,不需要充电且续航为锂电池四倍


多用于应急电源


“铝空气电池并不是传统意义上用于多次存储电能的电池,而是一种释放电能的化学反应装置。”陈涛说,它的工作原理就是活性金属在水中发生氧化反应释放能量的过程——通过电解液及特殊的电极材料,将释放的能量以电能的形式输出。


通俗点说,对于铝空气电池来说,其中的活性金属就是铝,类似的还有锌空气电池、镁空气电池等,只是根据金属的活性(在水或空气中发生氧化反应的剧烈程度)不同,所使用的电解液及其他辅助材料略有不同而已。


“‘只需加注清水’只是在电池的生命周期内而言的,本质上消耗的物质是铝,而不是水。”陈涛告诉记者,在电池工作过程中,源源不断地输出电能,金属铝也在源源不断地被氧化而消耗,生成氢氧化铝,产生电能是以消耗含有化学能的铝为条件的。“100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量”,行驶完3000公里后,电池的寿命就结束了,需要重新安装,即补充金属铝。


据介绍,铝空气电池早在20世纪60年代就已问世。但直到现在,它的研究多半还停留在理论阶段,实际应用的并不多。在国内,它的研究多集中于应急电源;而在国外,科学家或研究某种电极材料,或研究特殊应用场合的电池系统,正试图寻求铝空气电池应用技术的突破。


安全风险待检验


“使用不便是铝空气电池目前最大的瓶颈。”陈涛认为,除了较存储电能的电池使用不便外,与其他气体类的燃料电池相比也有诸多不便,比如氢燃料电池,可以将氢气方便地加注、存储、输送至化学反应装置,但对于金属固态物的铝来说,显然不方便。其次,副反应较多、反应过程不易控制,部分反应生成物一定程度上阻碍反应继续进行,释放大量热,同时产生易燃易爆气体。


在电动汽车的研发路上,铝似乎正在扮演更重要的角色。一个有意思的现象是,美国特斯拉电动汽车的续航能力能提高到300公里至400公里,使用的电池主要是镍钴铝三元材料,而我国电动汽车则使用的是镍钴锰。其中的金属之差,正是铝。


“特斯拉中采用的铝材料,主要是应用于可多次存储电能的电池。它的作用是,提升电池的能量密度,同等重量的电池可以存储更多电能,让汽车的续驶里程更长。”陈涛认为,单从这一点来看,确实是一个突破。但由此带来的安全风险有待实践的进一步检验。


以锂离子电池驱动的电动汽车难以普及,最大障碍是行驶里程有限,目前的续航能力大多在135公里至480公里之间,除非沿途有大量快速充电站,否则不宜驾驶电动汽车远途旅行。少数大于200公里的车辆,价格又特别昂贵,无法普及。


车载还是未知数


铝空气电池能否替代锂离子电池呢?吉利汽车研究院曾经做过相关的仿真建模实验,从汽车动力学角度研究铝空气电池作为电动汽车车载能源的应用,关注其本身可释放的电量及功率。


“从实验结果来看,铝空气电池更适合作为续航备用电池。”杜志强说,铝空气电池是一个能量源,相对于可存储电能的蓄电池而言,同等重量的铝空气电池所能释放的电能更多,其能量密度高,但其可释放的功率却极低,单独使用不满足车用需求,特别是刚起动时。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。相比之下,锂离子蓄电池的车速会更加稳定。如采用同等功率(即车辆具备同样车速)的铝空气电池,其重量大概会是锂离子蓄电池的4至5倍。


也就是说,一辆电动汽车的标配能量应该是,实际使用中取铝空气电池所长,获得更长的续驶里程,同时也要补铝空气电池所短,配一个功率型的电池,使车辆具备不错的动力性能。


“对于车载应用,铝空气电池依然是个未知数。”杜志强认为,目前铝空气电池在移动通讯设备和笔记本电脑上有些应用,但都是实验性的,并不是很广泛。未来在电动汽车领域的应用,还有很多技术问题亟待解决,能否成功成为电动汽车车载能源,还要靠市场最终选择。在其他领域,从铝空气电池本身技术特点来看,作为应急电源和移动电站似乎更合适。、


而从目前吉利的电动汽车电池选择上,基本与行业一致,即将量产车型以磷酸铁锂为主,正在研发的车型基本上都开始应用三元材料。杜志强说,“我个人认为,未来的发展方向是在现有电池基础上,增加燃料电池,形成‘燃料电池+蓄电池’的混合车载电源,在燃料电池选择上,氢燃料电池优于铝空气电池等金属燃料电池。”

来源:EV视界、盖世汽车

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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