铝空气燃料电池的研究进展

摘要：论述了最近几十年来国内外铝空气燃料电池的发展概况。重点分析了铝空气燃料电池的特点，工作原理以及整个电池系统的研究进展。论述了铝空气燃料电池的市场应用及发展前景。

铝空气燃料电池是一种新型高能量化学电源[1]。该电池具有能量密度大，质量轻，材料来源丰富，无污染，可靠性高，寿命长，使用安全等优点[2-4]。因而在众多电池中脱颖而出，被世界各国普遍看好。美国、加拿大、前南斯拉夫、印度、挪威、英国、日本等国都在进行积极研究。由于成功的研制出良好性能的空气电极，使得铝空气燃料电池的研究取得了很大的进展。国外无论是在中、大功率还是小功率铝空气燃料电池方面都取得了很大的进展[5]。我国相对而言则起步较晚，研究机构也不多。其中哈尔滨工业大学于80年代开始从事铝空气燃料电池研究，于83年完成了阳极四元铝合金的研究工作，于90年代完成了3W中性铝空气燃料电池的样品研制[6]，93年研制出了1kW碱性铝空气燃料电池组[7]。天津大学在90年代初期成功的研制出了船用大功率中性电解液铝空气燃料电池组，并且一直在从事电动车用中小功率中性电解液铝空气燃料电池研究[8-10]，目前一些电池正在步入商业应用阶段。武汉大学在90年代对海水铝空气燃料电池也做了初步研究探索。

但是近年来研究机构却越来越少，相关报道也极少。因此本文就目前国外铝空气燃料电池的研究情况进行分析研究报道。

铝空气燃料电池是用高纯铝（铝含量99.999%)或铝合金作阳极，用氧（空气)电极作阴极，用碱或盐作电解液。在放电过程中阳极溶解，空气中的氧被还原而释放出电能。依据电解液来看，可分为碱性（电解液是碱类)和盐性（电解液是盐类，一般是盐水)铝空气燃料电池。铝是地球上含量最丰富的金属元素，在元素分布上占第三位，全球铝的工业储量已超过2.5×1010t。一个世纪以来，铝是世界上产量最大，应用最广的有色金属，1996年全球总产量达1.7×107t[12]。因此铝做阳极材料来源丰富。铝是一种活泼金属，它比金属锌、镁之类更有吸引力。因为铝的电化学当量很高，为2980Ah/kg，电极电位负，为除锂外质量比能量最高的金属，铝空气燃料电池的质量比能量实际可达到450Wh/kg，体积比能量小于铅酸电池，比功率为50～200W/kg[13]。铝反应时每个原子释放3个电子，而锌、镁仅释放2个，锂释放1个。

也就是说要产生相同数量的能量所需要的原料量，铝的最少。因此综合众多因素铝成为金属空气燃料电池阳极材料的最佳选择。图1显示了铝空气燃料电池与其它原电池系统：锌空气，锂圆柱型，锂离子，碱性，银，汞及锌-炭电池的比较，由图可知铝空气燃料电池具有最高的质量比能量密度和体积比能量密度，这一点与铝空气燃料电池具有极高的比功率密度是一致的。

在国内发展铝空气燃料电池更是意义重大，市场广泛。在电动汽车方面，我国各重大城市汽车众多，空气污染严重，为铝空气燃料电池的发展提出了必要的课题，应该大力发展生态车。另一方面我国移动通讯事业飞速发展，手机电池市场广大，同时个人电脑的数量也急剧上升，因此发展高效电池势在必行。综合世界各国的发展，结合我国的实际国情，在我国大力发展铝空气燃料电池是十分必要的。