电动汽车新能源 金属空气电池揭开神秘面纱

【电源网】近日，世界上第一个新型空气燃料动力电池“STAIR”(即“圣安德鲁斯空气”的英文首字母缩写)在英国揭开神秘面纱，这种电池的储电能力是传统电池的10倍。

日本产业技术综合研究所公布消息说，来自该所和日本学术振兴会的研究人员研发出一种新型锂空气电池，这种无需充电、放电性能优越的燃料动力电池将来可为车辆供应动力。同时在我国，锌空气电池和铝空气电池已列入研发范围。有人认为，金属空气电池将成为21世纪理想动力源，大有代替锂离子电池一举称霸电池市场的态势。

破解锂离子电池成本、容量难题

随着纯电动汽车、燃料动力电池汽车被作为国家相关政策的鼓励方向，制约它产业化的电池问题越发突出。“目前大家看好的锂离子电池成本太高，容量不大。电动汽车如要突破，必须研发更理想的电池。”近日，国内某汽车公司新能源汽车研发部门相关人士说。

金属空气电池(metal-airbattery)被寄予厚望。据了解，这类电池是特殊的燃料动力电池，是新一代绿色蓄电池，构造原理与干电池相同，所不同的只是它的去极剂取自空气中的氧。它的制造成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高、原材料可回收再生利用，与燃料动力电池汽车(FCHV)所用氢燃料动力电池相比，结构简单，价格十分便宜，并且性能优越。

国家“863”项目一位车用电池专家介绍，目前世界上有若干种金属空气电池，包括锌空气电池、铝空气电池和锂空气电池等。他告诉记者，前两种已经进入我国研发范围，与产业化最接近的只有锌空气电池。锌空气金属燃料动力电池的重要优势表现在，锌空气金属燃料动力电池的正极活性物质是空气中的氧气，不占用电池体积。因此电池内部可以携带更多的锌，比能量更高，目前已达到每千克180瓦时，作为汽车动力锂电池，续驶里程长。锌空气金属燃料动力电池中的锌为循环使用，对环境零污染。生产电池的原材料丰富，成本低，是锂离子电池的五分之一。

在诸多种类的金属空气电池中只有锌空气电池得到实用，曾被以色列用于纯电动汽车，尽管近年先后被德、法、瑞典等国的汽车公司用于研制纯电动汽车，可是未修成正果。锌空气电池自身具有比能量大、成本低的优点，但是仍没突破自身技术瓶颈。锌空气电池的致命缺陷是不可充电，属于一次性电池。只有使用机械插块式技术，可以实现电池的可充电性。当锌空气电池放电结束后，要将负极板取出集中到电解还原厂还原，同时为空电池壳装入新的负极板实现电池充电，并负责为客户配送充好电的电池。

但是锌空气电池还有改善空间，比如现在这种电池的空气电极寿命约为300次，2~3年。装车后要根据路况和车速采用不同的电池组合，假如车速在30~40公里/小时，路况好，只要锌空气电池就行;假如爬坡，就要采用电电混合的形式，比如与超级电容、镍氢电池混合。

锂空气电池是理想之选

“在金属空气电池中，最有潜力的是锂空气电池。”汽车电池资深专家傅世枢表示，金属空气电池是未来取代锂离子电池的理想之选，锂空气电池的优势最为明显。

据了解，这种新型锂空气电池无需充电，只需更换正极的水性电解液，通过卡盒等方式更换负极的金属锂就可以持续使用。正极生成的氢氧化锂可以从使用过的水性电解液中回收，再提炼出金属锂，金属锂则可再次作为燃料循环使用。

在傅世枢看来，锂空气电池的优势十分明显，理论比能量为11140Wh/kg，是当代锂离子蓄电池的300倍。由于锂空气电池的负极不要化学加工，锂空气电池也不要化学工艺处理，制造成本仅为普通锂离子蓄电池的60%。“一旦锂空气电池实现产业化，便可推动各类电动汽车全面产业化，取代目前的锂离子蓄电池，成为新能源汽车动力源”。

据傅世枢分析，未来，不论锂离子蓄电池，还是锌空气电池、镁空气电池，都会有自己的市场。前者已大量用于手机、笔记本电脑和电动摩托车，后者用于医疗器械、水下设施等，而要作为纯电动汽车的动力锂电池组，可能非锂空气电池莫属。“新一代锂空气电池已解决了电池本身的各类技术难题，剩下的问题是如何加速产业化，大量生产。目前，还没听说我国有公司和机构研发这项技术。”傅世枢说。

电池研发要着眼未来

假如锂空气电池实现大规模生产，锂离子电池在电动汽车领域还有没有生存空间?答案很清楚，谁都会选择比能量更大、成本更低的锂空气电池。正如一些车用电池专家所言，我国电池技术的研发，要顾及眼下，更要着眼未来。

当前，产业化成为我国新能源汽车努力的方向。国家在财政上对购买新能源汽车的私人用户进行补贴，用心良苦。在电池研发上，重要是满足现有的产业化需求。从国内电池研发情况看，研发力量集中在传统电池上，试图通过电池技术的更新换代，提高比能量，以便新增续驶里程。

当前，令人担忧的是，传统电池技术已经遭遇瓶颈，一些悲观的人甚至断言我国新能源汽车走入死胡同。尽管事实没有那么糟糕，但是关于未来的技术储备，我们还做得不够。笔者认为，在坚持传统电池技术研发的同时，更应放眼未来。比如日本研发的锂空气电池，虽然在短时间内很难实现大规模生产，但从本身的性能看，在未来毫无疑问能够大展身手。

技术的更替日新月异，同时冷漠无情。回首科学技术发展的历史，一项新技术被更新技术淘汰的例子比比皆是。新能源汽车作为我国的新兴战略性产业，在关键零部件上，应当吸取教训，努力防止此类事情发生。在电池技术研发上，应时刻跟踪世界前沿技术，加紧技术储备，迎接未来激烈的竞争。