本文摘要：为了符合大大发展的智能电网、移动通讯、电动汽车和应急救灾的必须，迫切需要研发能量低、成本低、体积小、寿命长的新型化学电源。

为了符合大大发展的智能电网、移动通讯、电动汽车和应急救灾的必须，迫切需要研发能量低、成本低、体积小、寿命长的新型化学电源。金属空气电池（也称作金属燃料电池）是一种将金属材料的化学能必要转化成为电能的化学电源。

金属空气电池具备能量密度低、价格低廉、资源非常丰富、绿色无污染、静电寿命长与安全性环保等优势，已被国家列为《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，同时还被国家发改委、能源局列为《能源技术革命创意行动计划（2016-2030年）》。仅有在通讯基站可用电源市场方面，据不几乎统计资料，2016年中国通讯基站的数目是将近600万个。传统通讯基站一般使用大容量铅酸蓄电池因应柴油发电机作为可用电源系统，目前在用铅酸蓄电池高达1000多万组，体积和质量皆较小，3～4年替换一次，使用寿命较短。

然而，金属空气电池具备比能量密度低（系统平均400Wh/kg以上）、储存时间幸（大约15年）、可用时间宽（30~50h）及兼容温度范围长（–20℃~60℃）等优点，是替代通讯基站铅酸可用电源的出色最合适。此外，金属空气电池能量密度高达800Wh/kg，是当前商业化锂离子动力电池的4倍以上，在电动汽车增程器应用于方面也某种程度具备诱人的市场前景。然而，金属空气电池产业发展依然面对诸多技术瓶颈，影响了其应用于推展。

毕竟有四方面：一是当前研发应用于的氧还原成催化剂催化活性过于低，电极功率密度尚待提高；二是常规结构的空气阴极极化电阻较小，难以符合高功率输入；三是金属阳极自生锈情况严重，造成阳极利用率不低；四是电池系统热失控问题，造成电池系统无法长时间工作。自2013年，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部署了金属空气电池研究，研究团队在石墨烯填充催化剂、新的结构空气阴极、金属阳极合金化、单电池制取工艺等多方面获得了一系列进展，其中使用石墨烯填充锰基氧化物催化剂以及新型石墨烯恩高效空气阴极将单体电池功率密度提升了25%（闻图1），大幅提高金属空气电池综合性能。

恪守“料要成材，材要成器，器要好用”的研究理念，研究团队在电池设计及系统集成技术方面也展开了深入研究。在2015年顺利研制出能量密度400Wh/kg、容量3kWh、输出功率300W的镁空气电池发电系统。

近日，又顺利研制出基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统（闻图2），该电池系统能量密度高达510Wh/kg、容量20kWh、输出功率1000W。通过实际展示表明该电池系统可同时为一台电视机、一台电脑、一台电风扇以及10个60W灯光灯泡同时供电（闻图3），可行性检验了该铝空气电池系统的发电供电能力。据报，研究团队正在大力设计研发用作通讯基站可用电源和电动汽车增程器的5kW级大功率铝空气电池系统。

研究团队环绕金属空气电池研究已公开发表SCI论文10余篇、申请人发明专利20余项，不具备了关键材料与部件、单体电池、模块化电池填的小试制取能力，打算近期推展金属空气电池产业化。研究工作获得了宁波市科技创新团队和宁波市自然科学基金的资助。

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