鋁空氣電池的案例
以色列Phinergy公司開發鋁空氣電池 不需要充電且續航為鋰電池四倍
蓋世汽車訊 據外媒報道，以色列清潔能源初創公司Phinergy和印度能源巨頭印度石油公司(IOC)共同擁有的IOP公司，致力于將鋁空氣電池投入商用。他們將與印度兩家領先汽車制造商Ashok Leland和Maruti Suzuki合作，以測試Phinergy開發的鋁空氣電池，評估其商業用途。
（圖片來源：timesofindia）
目前，已開發出由25個鋁空氣電芯構成的電池原型，將在Maruti Suzuki的電動汽車，及Ashok Leland的電動卡車中進行測試。鋁空氣電池的技術原理很簡單，從空氣中吸入氧，與電芯中的水和鋁反應生成電能。其優勢在于，一旦鋁被完全腐蝕，可以為電池更換新的負極（鋁板）和電解質。對于消費者而言，只需將用過的電池換成新電池。
研究人員表示，鋁空氣電池的能量密度能達到8kWh/kg，而鋰電池為1-1.5kWh/kg。因此，使用領先鋰離子電池的電動汽車,單次充電續航里程僅達到100-150公里；而使用鋁，即使只有一半的能量密度，仍可實現四倍的續航里程。
鋁空氣技術更加環保。首先，這是因為鋁空氣電池不必充電，不需要使用電力；其次，廢舊電池中產生的氫氧化鋁溶液，可以送入回收裝置，實現100%鋁回收。
鋁空氣技術具有更高的安全性。因為只使用無毒水基電解質，溫度操作范圍廣泛。相比之下，鋰離子技術使用高度易燃和有毒的有機電解質。
相對于鋰來說，鋁的供應量更加豐富。此外，鋁是一種輕質金屬，比起更重的鋰離子電池，不會因電池重量而產生能量損耗。
目前唯一的問題在于，鋁空氣技術的功率密度較低。
展開 哈工大《AFM》：3D納米多孔氮摻雜碳讓全固態鋁空氣電池更優！
使用這些納米多孔碳催化劑作為空氣電極，組裝了全固態柔性鋁-空氣電池，測量的最大功率密度達到130.5毫瓦每平方厘米，而使用商用鉑/碳標準時為106.2毫瓦每平方厘米。該研究為制備具有雙連續納米孔道的三維氮摻雜碳提供了一種有效的方法，可廣泛應用于便攜式和柔性器件。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103632
綜上所述，本文采用聚苯胺輔助的方法制備了具有雙連續開放孔隙率的三維納米孔摻氮碳。聚苯胺層可以有效地抑制了Mn2O3模板在800~1000°C熱解過程中因擴散而導致的顆粒粗化和孔膨脹效應，制得的三維納米孔炭的孔徑為35 nm。由于N摻雜量高、比表面積大、孔隙率高，因此3D納米多孔碳基全固態鋁空氣電池表現出優異的放電性能，達到是130.5 mW cm?2的大功率密度。這項工作為合成三維雙連續納米多孔摻氮碳材料提供了一條新的途徑，可用于各種電化學器件中潛在的催化劑。（文：SSC）
圖1|制備和形態表征。
圖2|結構和化學特性
圖3| ORR性能
圖4| 全固態鋁空氣電池性能
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展開 印度電池黑科技拯救電動汽車？不過是炒冷飯
印度小哥展示的金屬（鋁）空氣電池也是相關電化學原理的應用，而這種金屬空氣電池其實早已經產業化應用。美國加利福尼亞州在使用鋁空氣電池的電動汽車上，有過只更換一次鋁電極續駛里程達1600km的記錄。而美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy展示過100公斤重的鋁空氣電池，可以一次性儲存行駛3000公里的足夠電量。
其實鋁空氣電池也早已在國內形成產業化應用，2015年時中國動力與PHINERGY成立合資公司就計劃在大巴、旅游車、物流汽車及運動型多用途汽車等電動車型推廣鋁空氣電池。此外鎂空氣、鋅空氣電池等在國內也早有產業化利用案例，在此就不一一列舉了。
金屬空氣電池做車載動力局限性太大
既然金屬空氣電池優點這么多，為何遲遲不能替換鋰電池呢？
Phinergy公司2014年在加拿大展示的鋁空氣電池
帶著這樣的問題，《電動汽車觀察家》電話咨詢了清華大學核研究院鋰離子電池實驗室主任 何向明。
何向明認為，經濟性是制約金屬空氣電池發展的首要問題。
“印度這家公司金屬空氣電池數據應該是真實的。但早在20年前，德國政府就曾采用以色列鋁空氣電池技術做郵政車動力，但由于經濟性問題，最終不了了之。相較于20年前的技術，我認為他們金屬空氣電池應該在性能上有所改進，但我仍對其經濟性表示懷疑。”何向明表示。
中科院研究員黃學杰也告訴《電動汽車觀察家》，鋁空氣、鋅空氣電池都是比較傳統的技術，主要應用于應急、搶險電源，不適合大規模應用于民用車載動力。基礎設施不配套、金屬資源問題也難以解決。無論是更換電解液，還是金屬板，其所產生的電解液、氧化鋁后期處理是比較大的難題。
武漢大學教授艾新平教授也表示，鋁空、鋅空電池并不是新的技術，主要問題是體積能量密度非常低，并且存在漏液的問題。此外，機械式充電（換極板）產業應用中也很難實現。早前國內有人嘗試進行裝車，但后來還是放棄了。
展開 韓國漢陽大學研究人員設計出新型鋅空氣袋式電池 可用于電動汽車
為了上述要求，電池設計人員必須克服一系列限制，同時還要確保電池安全、電化學/機械穩定，此外還可由豐富且易于回收利用的材料制成。
Lee表示：“大多數鋅空氣電池都遵循5-10％放電深度（DOD）的淺循環，其電池能量無法和鋰離子電池相比。盡管之前很少有報告保留35 mWh cmgeo-2所需的面積能量，但它們的循環壽命被限制在100次以下，而DOD被限制在5-10%。要想獲得120 Wh kg cell-1的特定能量，DOD需要至少為20%，然而之前的電池并沒有遵循商用電池所需的最低標準。”
Lee表示：“通過優化電芯參數，我們的袋式電池在電流密度為25 mA cm-2的情況下，以70％DOD的350次循環顯示出最高的電池級能量密度523±15 Wh kgcell-1（體積能量密度為1609±35 Wh l-1）。此外，我們還表明，通過采用雙極堆疊技術（增加堆疊數量），在約20 Ah的袋式電池容量下，體積能量密度可以進一步提高至1800 Wh L-1。每次充電可支持續航里程800-900英里，且在15分鐘內充至100％，里程耐久性達到約100萬英里。”
經進一步測試后，新型鋅空氣袋式電池可實現大規模生產。Lee和他的同事們表示該電池還可被用于為無人機、電動汽車或電動短途飛機提供動力。
Lee補充說：“我們現在正在簡化CPS（空氣陰極）和CBC（固體電解質）的合成配方，從而擴大生產規模。我們的ZAB工作溫度為-20至80℃，但我們正試圖擴大其工作溫度范圍。此外，我們將考慮使用鋁替代鋅來評估鋁空氣電池的潛力。”
展開 
南京大學張曄課題組《Angew》：一種高能量密度的鎂空氣電池！
鋰、鈉等金屬離子電池能量密度較低，鋅、鋁等金屬空氣電池通常需要使用堿性電解質，生物毒性較大。
鎂空氣電池具有較高的理論能量密度，使用中性電解質，且鎂生物安全性較高，是一種較為理想的體內能源設備。然而，目前報道的鎂空氣電池實際能量密度低，一方面是由于鎂負極和水系電解質容易發生腐蝕反應。另一方面放電產物氫氧化鎂會附著在鎂金屬表面，阻止電解質和鎂的接觸，使放電反應停止，降低鎂負極的利用率。
南京大學張曄課題組等設計了一種雙層凝膠電解質，實現了對鎂金屬負極的保護以及對放電產物的調控，獲得了具有高能量密度的鎂空氣電池（2282 W h·kg-1，基于全部空氣電極和鎂負極的質量），遠高于目前文獻中采用合金化負極和抗腐蝕電解液等策略的鎂空氣電池。該研究成果以“High-energy-density magnesium-air battery based on dual-layer gel electrolyte”為題發表于國際知名學術期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202104536
雙層凝膠電解質是由聚氧化乙烯有機凝膠和聚丙烯酰胺水凝膠組成，兩層凝膠可以形成穩定界面，其中聚氧化乙烯有機凝膠有效保護鎂金屬，抑制腐蝕。聚丙烯酰胺水凝膠電解質不僅為空氣電極發生的氧還原反應提供了必要的水，而且研究發現當使用含氯金屬鹽(氯化鋰、氯化鈉)的水凝膠時，鎂空氣電池的放電產物為具有獨特針狀結構的Mg2Cl(OH)3，而不是文獻中通常報道的致密的氫氧化鎂。
展開 電池技術的未來：從超級電容到空中無線充電
而在消費電子領域，任何數碼產品同樣依賴電池，同時人們也希望電池壽命能夠盡可能地長，減少每天充電的次數。
從鎳氫電池到鋰電池、鋰聚合物電池，手機等數碼產品的電池壽命可能不盡如人意，但也需要換個角度去看，因為現在的手機已經是多媒體互聯網終端、而不僅僅是一支電話。當然，電池、充電技術迫切需要進化，下面我們就來看看最有潛力的新型電池及充電技術吧。
超級電容
超級電容可能是最有望成為現實的下一代電池技術。首先，它能夠在電場中存儲能量，而不是在一個化學反應物中，這意味著它能夠承受更多的充電及放電周期。
目前，很多科技公司均在開發超級電容，比如Skeleton Technologies，其產品使用了耦合技術混合超級電容，能夠使電池具有高能量密度、高功率及輸出等特性，在短短2-3秒便可充滿電，并提供約100萬次的充放循環，電池容量也要比目前鋰電池高出50%。
固態電池
鋰離子電池雖然問世已久，但具有普及度高、低成本的特性，所以完全取代它還不太現實。不過，諸如豐田等廠商，開始研發固態鋰離子電池，相比液體鋰電池不附帶電粒子，更加安全且能夠快速充放。豐田開發的固態電池，可以在7分鐘內完成充電，大容量也非常適合在電動汽車上使用，大幅縮短充電時間。
另外，固態電池未來的形態還包括鋁空氣電池、沙子電池等等，這些技術的重點均為環保、低成本且性能出眾，也許有一天會完全替代液態鋰電池。
不需要充電的手機
手機不需要充電，也是一個可行的方向。美國華盛頓大學的工程師設計了一款手機，通過微型太陽能電池板不斷吸收太陽能，手機甚至完全不需要內置鋰電池。當然，目前的技術力只能為功能非常簡單的手機提供電能，真正應用到智能手機上還需要時間。
環境的力量
獲得電能的方式多種多樣，甚至可以將周圍環境的元素轉化為能量。
展開 基于鋰電池冷空氣通道的相變材料被動電池熱管理系統的熱性能增強
傳統車輛的出現導致全球變暖、聲音和空氣污染、特大城市的酸雨以及化石燃料資源的枯竭。然而，盡管提到了這些事實，但對客運和過境方式的需求從未減少。在替代傳統車輛內燃機的現有選擇中，電力驅動的動力總成，包括電動機和機電電池似乎是最有前途的。
電池熱管理系統分為有源 TMS、無源 TMS 和混合 TMS。被動熱管理系統，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統，可以在不消耗任何能量的情況下控制電池溫度。然而，它們的冷卻能力有限，這意味著它們的可靠性不能滿足汽車傳熱工程師的要求。另一方面，利用主動式 TMS 可以達到更大的冷卻能力，但要達到這一目的，需要消耗大量能量。此外，創建均勻的溫度分布被認為是對這些 TMS 的大膽挑戰。在混合動力電池熱管理系統中，結合了主動和被動TMS的優點，并試圖盡可能地由另一方的角色來彌補缺點，然而，當前對這種電池熱管理系統的研究很少。
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成果掠影
近期，伊朗科技大學汽車工程學院G.R. Molaeimanesh團隊研究出一種混合動力電池熱管理系統（BTMS），基于相變材料的主動熱管理系統（TMS）和被動TMS的組合(PCM) 將電池溫度保持在合適的范圍內，同時與被動 TMS 相比具有更好的冷卻效果，并且使用比主動 TMS 更少的能量。在整個研究中，該團隊對具有三種不同冷卻管道結構和三種不同冷氣流壓力差的九個案例進行了模擬和研究。結果表明，即使在最壞的情況下，溫度的升高也是安全的、可接受的，并且對于熱管理考慮來說足夠平穩。電池的最高溫度從未超過 314 K，顯示出所提出的混合 BTMS 的完美能力。此外，人們可以注意到入口空氣越強大流或通過 PCM 體積的冷卻管道越長，電池表面溫度越低。
展開 考泰斯-德事隆在中國投資輕量化電池技術 比鋼和鋁電池系統輕50%
最近，該公司收購了一條包括5500噸壓力機（press）在內的直接長纖維熱塑性成型生產線，用于生產其最新的汽車創新產品——Pentatonic創新電池系統。
（圖片來源：kautex）
Pentatonic是一種輕型、可定制電池系統，適用于混合動力和純電動汽車。該系統用熱塑性復合材料或混合式復合金屬材料制成，比起鋼或鋁電池系統要輕50%。
通過一站式生產工藝，可以將結構和熱管理組件直接集成至塑料殼體中，從而簡化材料清單，并減少對額外制造步驟的需求。與鋼和鋁系統相比，二次操作(如焊接和鉚接)更少，從而縮短了周期，同時提供更好的密封性。
新平湖生產線的客戶抽樣活動，預計將于2022年第二季度開始。
Pentatonic產品開發總監Felix Haas表示：“我們準備在中國設計和生產電池系統，增加這條新生產線，是其中的關鍵一步。我們在中國的投資是對公司戰略的明確承諾，即成為新興電動汽車行業的強大參與者。”
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展開 燃料電池汽車用空氣壓縮機電機
燃料電池汽車用空氣壓縮機電機
超大號電池——壓縮空氣儲能技術的“前世今生”
壓縮空氣儲能系統與燃氣輪機的不同之處在于燃氣輪機的壓縮機和膨脹機是同時處于工作狀態，而壓縮空氣儲能系統中的壓縮過程和膨脹過程卻是分時進行工作。
圖6 壓縮空氣儲能系統
那么壓縮空氣能儲存多少能量呢？根據熱力學第二定律，區別于環境壓力和溫度的空氣具有做功能力，單位質量做功能力（可轉換的功）為e=u-u0-T0(s-s0)（u為內能，T為溫度，s為熵，下標0代表環境條件），可見溫度越高，內能u越大，熵s也越大，但是u-T0s仍是增大的；壓力越大，熵s越小，但內能基本不變，因此溫度和壓力升高均會使單位質量空氣的做功能力增大。當壓縮空氣壓力為100倍大氣壓、溫度為環境溫度時，1立方米空氣內部的能量（可轉化為電能）為12.9度電；當壓力增至200倍大氣壓時，1立方米空氣儲存電能為28.3度，進一步將空氣加熱至300攝氏度，可釋放的電能變為54.4度。同時根據上述公式，可知溫度極低時空氣的做功能力也會急劇增大，如1立方米常壓液態空氣內部的可用能為201度電，可見最普通的空氣也可蘊含巨大的能量。
和一般熱力系統一樣，評價壓縮空氣儲能系統的重要指標之一為系統效率，是輸出能量和輸入能量的比值，其代表能量利用的熱力學完善程度，目前先進壓縮空氣儲能系統的理論計算效率可突破70%。另一個重要指標為能量密度，其為系統儲存的能量和儲存體積的比值，用于判斷系統是否能用較少的占地面積/體積產生較大的能量。除此之外，污染物和碳排放也是壓縮空氣儲能系統評價指標，基于此，目前發展了幾種零碳輸入的先進壓縮空氣儲能系統。
壓縮空氣儲能技術應用及發展現狀
壓縮空氣儲能技術是從上世紀50 年代發展起來的，目前世界上有兩個商業運行的壓縮空氣儲能電站，分別是德國的Huntorf電站、美國Mcintosh電站，它們均為帶有燃燒室和洞穴儲氣室的傳統壓縮空氣儲能系統。
展開 燃料電池汽車用空氣壓縮機電機研究
燃料電池汽車用空氣壓縮機電機研究
綜述文章：可充電鋁電池電解液的研究進展
、含量豐富，可充電鋁電池是未來電化學儲能系統的理想選擇，盡管在鋁電池的研發方面取得了令人鼓舞的進展，但一些主要與電解質系統有關的挑戰仍然沒有得到解決，使其局限于實驗室研究，尚不能廣泛應用。
ARCI開發出新金屬空氣電池催化劑 更具成本效益
蓋世汽車訊 電催化劑（能夠催化兩種不同類型的反應）可以降低成本并提高金屬空氣電池的效率。隨著對不同能源需求的增加，世界各國都在努力開發不同種類的能源裝置，如鋰離子電池、鉛酸電池、氧化還原液流電池、鋰空氣電池、鋅空氣電池、鈉離子電池、燃料電池和超級電容器。
其中，鋅空氣電池因其低成本和高能量密度而備受關注。鋅空氣電池是便攜式電子產品和電動汽車的緊湊型電源，以及用于管理可再生能源發電裝置間能量流動的能量存儲設備，發電裝置包括風力渦輪機、光伏電池板、電網和終端用戶。然而，這種電池的難點在于催化劑的開發。雙功能催化劑在電池放電時會作用于氧還原反應，而在充電循環期間，又會促進析氧反應。大多數可用的傳統催化劑成分中都含有貴金屬，因此電池成本高昂。
（圖片來源：印度新聞資訊局）
據外媒報道，粉末冶金與新材料國際高級研究中心（International Advanced Research Centre for Powder Metallurgy and New Materials，ARCI）和印度政府科學技術部（Department of Science and Technology，DST）自動駕駛研發中心聯合開出一種具有成本效益的電催化劑，通過sPEEK（磺化聚醚醚酮）聚合物的碳化，將過渡金屬離子錨定到摻硫碳框架中。這種催化劑合成方法還可用于回收使用過的離聚物（由中性重復單元和電離單元組成的聚合物）。
科學家們使用了一種離子交換策略，將金屬離子均勻地定位在碳骨架中，限制了顆粒尺寸，并在非常低的過渡金屬負載量下控制成分和尺寸。
展開 鋁合金動力電池包底板沖壓工藝優化
中國汽車工程學會研究編制的《節能與新能源汽車技術路線圖》將純電動汽車及動力電池技術列為了重要發展方向，動力電池發展的同時也帶動了電池包制造技術的發展。
電池包是核心能量源，為整車提供驅動電能，電池包殼體作為電池模塊的承載體，對電池模塊的安全工作和防護起著關鍵作用，需滿足強度、剛度、安全防護等各項要求。除此之外，節能環保和輕量化的發展對電池包殼體材料也提出了更多的要求，鋁合金材料具有易成形、高溫耐腐蝕、輕量化、優秀的抗老化性能等綜合性能優勢，非常適合用于輕量化電池包殼體的制造。鋁合金電池包殼體一般由型材、板材或沖壓件連接而成，本文零件即為電池包殼體的鋁合金沖壓件。
產品描述
本文零件為某電池包殼體底板零件，如圖1所示。材料為鋁合金TL091， 材料實測力學性能參數如表1 所示 ， 名義料厚4mm， 零件尺寸為1930mm×1320mm ×12mm。電池包殼體底板采用沖壓制造工藝，之后與其他型材、沖壓件通過CMT焊接方式焊接，圖2 所示為CMT 焊接工作站。由于電池包要滿足防護等級IP67 的設計要求，所以對焊接質量要求很高，相比其他型材機加工制造而言，沖壓生產的底板單品尺寸公差達成具有一定的難度。
展開 電動自行車電池外殼鋁型材擠壓模結構優化設計
1 模具結構初始設計方案及分析
1.1 模具結構初始設計方案
圖1所示為某電動自行車電池外殼用的矩形框鋁型材橫截面。該型材屬于矩形空心件，矩形長寬比接近2，矩形框上有8個圓形凸臺。在保證模具零件強度的前提下，為了使金屬流動更均勻，根據型材擠壓形狀的實際需要，模具初始設計采用蝶形、4分流孔結構，分流孔前端設置15 mm的入料口位置下沉，上模結構如圖2所示。
圖1 型材截面
圖2 初始上模結構
1.2 初始方案分析
模擬分析采用專用鋁型材熱擠壓模擬分析軟件Inspire，模擬分析和試模的工藝參數如表1所示。
表1 擠壓模擬參數
圖3（a）所示為初始模具方案的型材出口流速模擬云圖，長短邊擠出速度相差較大，各邊中點位置均比相鄰部位流速快，流速均方差為7.91。這樣的流速分布會導致擠壓加工過程中，型材的長邊和短邊出現波浪起伏。圖3（b）所示為實際試模的料頭，型材短邊波浪變形較明顯，與模擬分析結果一致，因為短邊的材料流入補給的流動阻力較小，因此流速較快。
圖3 初始方案型材出口流速分布和實際試模料頭
圖4（a）所示為模具應力分析云圖，模具最大應力在分流橋的根部，為1 466.42 MPa，超出了材料屈服強度1 000 MPa。蝶形分流模的分流橋在工作過程中受較大的應力
[6,7]，當其所受的應力值超出了模具零件材料在工作溫度下的屈服強度時，該位置容易發生變形積累，最后出現裂紋損傷，導致模具失效。
展開 