领客国际能源创新谷 赋能油气产业客服热线:0546-7051969
高比能量长寿命金属空气电池项目的研发应用
以研制开发高比能量、长寿命、安全可靠的金属空气电池及其市场应用为目标,通过对关键材料优化及改进,提高空气电池性能,建成具有空气电极材料、(单兵)便携电源、应急备用
技术介绍
技术编号:T2018010007
成熟度:生试阶段
来源地:中国
合作方式:技术入股、技术转让、技术许可...
合作价格:面议
专利:有
交付形式:整体方案
所属领域:机械电子、能源电力
此技术可用于:金属制品业、电池、储能、基础设施

方案描述

技术详述

一、技术背景

(一)金属空气电池   

金属空气电池以活性金属(锂、镁、铝、锌、钠、钾等)为负极,空气中的氧气为正极活性物质,中性、碱性溶液为电解质的一种化学电源,如图1所示。

(1)金属空气电池的主要组成

  • 正极:空气电极;
  • 负极:活性金属(如锌、镁、铝、锂等);
  • 电解液:盐溶液、碱液、有机电解液等;
  • 隔膜:PP、PE等。

图1 金属空气电池内部阴离子示意

(2)金属空气电池特点

  • 容量大、比能量高(理论能量是铅酸、锂电池的几倍甚至几十倍),如图2所示;
  • 使用寿命长,金属电极可以不断更换;
  • 使用安全,无爆炸燃烧危险;
  • 适应性强,电池结构和使用的原材料可根据实用环境和要求而变动;
  • 原材料丰富并可再生利用,成本低。

图2 不同电池的比能量比较

(3)金属空气电池的应用(如图3所示)

  • 小型电子设备:如助听器电池;
  • 移动电源:户外旅游、野外工作、应急救灾;
  • 军用电源:单兵电源、通讯设备供电;
  • 贮备电源:大型基站、商场、医院等;
  • 储能:储能电站;
  • 动力电池:移动充电站、电动汽车。

图3 金属空气电池的应用

(二)主要存在问题及方向(研究应用前景好,市场潜力巨大)

  • 市场认知度较小,应用产品不多。目前仅在助听器电池、备用电源等方面取得了应用。
  • 一些关键技术未取得突破进展,目前尚处于实验室阶段。         

(1)如功率密度相对较低,充放电速度比较缓慢。           

(2)活性金属存在自腐蚀现象。           

(3)空气电极的性能及循环寿命需要进一步改善等。

  • 商业化条件还不具备。现在国内做金属空气电池的企业比较少,支撑不起整个产业链。

(三)政策支持

1)《中国制造2025》明确将新能源领域和新材料领域作为重点关注的新兴战略产业领域。继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展。
2)《能源技术革命创新行动计划》和《能源技术革命重点创新行动路线图》中提出了燃料电池技术创新、先进储能技术创新等重点创新任务。
3)《有色金属工业发展规划(2016-2020年)》中提出围绕储能与新能源汽车等领域需求,重点发展大容量长寿命储能电池材料,包括高效低成本核壳结构燃料电池氧还原催化剂以及金属(铝、镁等)空气电池空气电极材料。

(四)国内外发展现状

1)锌空气电池(BA-8180/U)作为美军的单兵电源在伊拉克战场一站成名,被评为近十年来最好的军用电源。
2)2014年,美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量。
3)特斯拉申请了金属空气电池相关专利,布局金属空气电池应用,使用金属空气电池技术用于扩展电动汽车的行程。
4)大型车企如宝马、丰田等在金属空气电池研究及应用方面进行了布局。

二、项目介绍

(一)项目研究定位  

项目长期是以研制开发高比能量、长寿命、安全可靠的金属空气电池及其市场应用为目标。通过对关键材料的优化及改进,提高空气电池性能,进而推动金属空气电池工程化技术及应用研究。通过研究和发展,建成具有空气电极材料、便携电源、通讯基站应急备用电源、单兵便携电源和空气电池电动车等先进技术与应用产品的国际领先机构,在金属空气电池研究及应用领域占有一席之地。

(二)主要研究方向

  • 新型催化材料开发研究:应急贮备;
  • 空气电极连续化制备生产研究:军用电源;
  • 镁空气电池备用电源研究:大型基站;
  • 铝空气动力电池应用研究:储能;
  • 可充空气电池应用研究:电动汽车。

(三)空气电极及连续化生产设备(如图4所示)

(1)空气电极组成及作用    

由透气防水层、集流体及催化层三部分组成。其主要作用为:吸附空气中氧、扩散、电化学反应 。

(2)石墨烯纳米复合催化剂技术

Ø 纳米金属氧化物: 低成本、高催化活性;
Ø 石墨烯:高比表面积、高导电性;
Ø 纳米分散:自有独特技术。

(3)技术特点及优势

  1. 石墨烯复合金属空气电极技术:高性能的石墨烯纳米复合催化剂与空气电极制备技术,达到国际先进水平。
  2. 空气电极连续化生产技术:独创性的开发空气电极连续化生产技术,保证了产品质量和性能的一致性,具备批量化生产能力。

图4 空气电极连续化生产设备

空气电极产品荣获北京市第六批新产品新技术认证推广产品,如图5所示。

图5 北京市第六批新技术新产品(服务)证书

(四)镁空气备用电源(如图6所示)

  1. 高比能量:能量密度是铅酸电池的10倍,锂电池的3~4倍;
  2. 无需充电:直接更换镁电极,不受充电限制;
  3. 使用方便:随身携带,加入盐水即可激活,做到随时随地供电;
  4. 长期贮存:可贮存10年以上,没有能量损失,不需要进行日常维护;
  5. 紧急情况下可以使用河水雨水、饮料、尿液等激活电池,实现有水的地方就有电。

图6 镁空气备用电源

(五)大功率铝空气电源

2016年全国通讯基站的数目约600万个,现有铅酸电池寿命短,需定期维护和更换。 使用空气电池基站备用电源能量大、免维护,可以实现商业化,大功率铝空气电源的应用如图7所示,铅酸电池、柴油机与铝空气电池的性能比较如表1所示。

图7 大功率铝空气电源的应用

表1 铅酸电池、柴油机与铝空气电池的性能比较

三、应用影响

(1)申请专利20多项:涉及空气电极催化材料、连续化制备工艺设备、镁空气电池、铝空气电池、钒空气电池及应用等。

(2)企业标准备案2篇

金属空气电池用空气电极(Q/FSXCL0001-2015);镁空气电池(Q/FSXCL0002-2016)。

(3)完成北京市科委课题项目

完成北京市科委空气电极连续化制备工艺开发课题(Z14110300651409)。

(4)荣获奖励

空气电极荣获北京市第六批新产品新技术认证;荣获2017宝泰隆杯石墨烯创新创业大赛优秀奖。

四、合作方式

发展愿景:建成具有空气电极材料、便携电源、通讯基站应急备用电源、单兵便携电源和空气电池电动车先进技术与应用产品的国际领先机构,实现空气电池应用产业化。其发展战略如图8所示。

寻求企业、科研院所、政府资源等共同合作开发(技术、资金、政策等)。

图8 本技术的发展战略

技术优势

本技术具有以下优势:

  1. 容量大、比能量高;
  2. 使用寿命长,金属电极可以不断更换;
  3. 使用安全,无爆炸燃烧危险;
  4. 简单,可远程监控;
  5. 适应性强,电池结构和使用的原材料可根据实用环境和要求而变动;
  6. 无污染,原材料丰富并可再生利用,成本低。
适用对象

本技术可用于小型电子设备、移动电源、军用电源、贮备电源、储能及动力电池等领域,如下所示:

  • 小型电子设备:如助听器电池;
  • 移动电源:户外旅游、野外工作、应急救灾;
  • 军用电源:单兵电源、通讯设备供电;
  • 贮备电源:大型基站、商场、医院等;
  • 储能:储能电站;
  • 动力电池:移动充电站、电动汽车。
联系方式:0546-7051969

相关技术推荐