用“铝+水+空气”发电，看似不可思议，但是这项“黑科技”已然成为现实。近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室的研究团队研制出了新型千瓦级的石墨烯基铝燃料电池发电系统，为电源安全及长效应用探索出了新的方向。
“黑科技”走进现实
该铝燃料电池发电系统能量密度高达545Wh/kg、容量达130kWh，由6个10单元电池串联电池堆的阵列组成。测试结果表明，50A电流放电功率可达到3000W，峰值功率预计可高达4800W。
“铝燃料电池相当于一个大功率、可自发电的‘充电宝’，通过简单的加水或者加铝操作便能发电。”团队相关负责人薛业建介绍。这一电池系统具有能量密度高、安全、可循环、环保无污染等优点。
同时测评显示，安装了车载“充电宝”的新能源汽车，能大幅度提升行驶里程；通信基站使用铝燃料电池后，遇到地震、台风等恶劣天气时可及时供电。
作为一种特殊的燃料电池，铝燃料电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等应用方面具有巨大的商业潜力。
铝燃料电池究竟是何方神圣？
铝燃料电池，又称铝空气电池，是金属燃料电池中的一种。金属燃料电池是一种将镁、铝等轻金属作为燃料产生的化学能直接转化为电能的装置。它具有能量密度高、低热辐射、低噪音、储存时间久、放电寿命长、适配温度范围宽、安全系数高、资源丰富及绿色无污染等优势。
加之，柴油发电机组、铅酸电池、锂离子电池、氢燃料电池等电源难以完全满足人们对电源的安全性、经济性和长续航等多样化需求。金属燃料电池的出现带来了新的希望。
其中铝燃料电池以其能量密度高、资源丰富，价格合理、制取已经有成熟的工业基础等优势被人们抱以了很大的期待。
潜心研究 终获突破
铝燃料电池虽然具有广阔的应用前景，但是却也面临着诸多技术瓶颈，使得铝燃料电池产业化应用进展缓慢。什么样的铝电池能够克服这些难题、铝电池的研究能够走向何处，始终是业界关心的问题。
此时，中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室的研究团队进入了人们的视野。
团队率先研发了一款千瓦级铝空气电池，该电池采用了高效的石墨烯基催化剂，利用石墨烯添加剂提升了空气阴极结构及自主研发的铝合金阳极，综合性电化学性能表现十分出色。
研究团队始终秉持把科技变成生产力的理念，历时近五年时间，在电池设计及系统集成技术方面进行了深入研究。
2015年，该团队成功研制出能量密度400Wh/kg、容量3kWh、输出功率300W的镁燃料电池发电系统。
石墨烯基铝燃料电池结构示意图和核心部件
2017年，团队开发出高性能石墨烯基铝燃料电池核心部件，并成功研制出能量密度510Wh/kg、容量20kWh、输出功率1000W的基于石墨烯空气阴极的铝燃料电池发电系统。该款电池系统可同时为电视机、台式计算机、电风扇及60瓦灯泡持续供电20多个小时，初步验证了铝空气电池系统的发电供电能力，是新能源和新材料领域的一项重大突破。
近期，团队终于又实现了新的突破，应用石墨烯对空气阴极催化剂材料进行改性复合，大幅度提升铝燃料电池电化学性能。目前，该项目已经具备铝燃料电池关键材料与部件、单体电池、1kW模块化电池堆的小批量制备能力。研发团队正在积极寻找合适的合作伙伴，旨在加快推进产业化。
1000W及3000W石墨烯基铝燃料电池发电系统
但是由于功率受限，目前的铝燃料电池仍无法替代目前的新能源汽车动力电池。薛业建表示团队将进一步提升电池性能，力争研发出15千瓦额定功率以上的电源系统。
未来该石墨烯基铝燃料电池发电系统将取得什么样的发展呢？让我们拭目以待。
采编/王一心
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