金屬空氣電池具有原材料豐富、安全環(huán)保、能量密度高等一系列優(yōu)點(diǎn),被稱為“面向21世紀(jì)的新型綠色能源”,具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。金屬空氣電池的陽極為活潑金屬(如Mg、Al與Zn等),放電時(shí)金屬M(fèi)被氧化成相應(yīng)的金屬離子Mⁿ⁺;電解液為堿性或中性介質(zhì),如KOH或NaCl水溶液;陰極活性物質(zhì)為空氣中的O₂,放電時(shí)O₂被還原成OH^-。由于O₂可完全依靠電池外部供應(yīng),不需要儲(chǔ)存在電池內(nèi)部,因此金屬空氣電池的陰極材料實(shí)質(zhì)為促使O₂還原的催化劑。開發(fā)金屬空氣電池首先需解決的問題是陰極空氣擴(kuò)散電極的制備和高性價(jià)比氧還原催化劑的合成。

 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室在優(yōu)化陰極空氣擴(kuò)散電極的結(jié)構(gòu)與制備工藝,以及開發(fā)高性能的錳氧化物氧還原催化劑的基礎(chǔ)上,成功研制出1000Wh鎂空氣電池樣機(jī),詳見圖1所示。該電池由5個(gè)單體電池串聯(lián)而成,以AZ31鎂合金為陽極,以10%的NaCl溶液為電解液,以上述空氣擴(kuò)散電極和錳氧化物催化劑為陰極。該鎂空氣電池的外觀尺寸為200×150×150 mm³,重量為2.3 kg,能量密度可達(dá)430 Wh/kg,最大輸出功率可達(dá)80W,其單體電池的I-V曲線如圖2所示。上述鎂空氣電池具有較好的商業(yè)化前景,可應(yīng)用為野外供電電源、移動(dòng)電源、備用電源和應(yīng)急電源等。

 在鎂空氣電池的研究基礎(chǔ)上,研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在開展鋁空氣電池的研發(fā)工作,擬通過解決鋁空氣電池的析氫問題,以及開發(fā)高功率密度的氧還原催化劑,研制出高功率密度的動(dòng)力型鋁空氣電池。目前,研發(fā)團(tuán)隊(duì)已在金屬空氣電池領(lǐng)域申請(qǐng)發(fā)明專利6項(xiàng),實(shí)用新型專利1項(xiàng)。

圖1  1000Wh鎂空氣電池樣機(jī)演示圖 

圖2 鎂空氣電池樣機(jī)中的單體電池放電曲線