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話說鋁燃料電池:鋁燃料電池技術參數(shù)及優(yōu)勢

2018-03-09 11:06:18 中國有色金屬報  點擊量: 評論 (0)
鋁燃料電池是一種發(fā)電設備,是一個發(fā)電廠,這種發(fā)電機的陽極為鋁合金,陰極為空氣,運行過程中(圖1)通過消耗鋁合金陽極、電解質(液)水和空

鋁燃料電池是一種發(fā)電設備,是一個“發(fā)電廠”,這種發(fā)電機的陽極為鋁合金,陰極為空氣,運行過程中(圖1)通過消耗鋁合金陽極、電解質(液)水和空氣中的氧對外輸出電能,運行過程中有Al(OH)3產生,是一種很有商業(yè)價值的副產物。實際上是一種在催化劑的催化作用下發(fā)生化學反應而產生電能的一種化學電源,是鋁電解的逆過程。

實際發(fā)電電池是鋁燃料電池與輔助電池(鋰電池或鎳氫電池)組成的混合系統(tǒng),圖1即為非常新能源有限公司的這樣模式,其特點是:利用鋁燃料電池比能量大的特點,以它作為能源包,貯存攜帶能量,恒功率輸出,使用后整體更換;發(fā)揮鎳-氫電池/鋰電池輸出性能好、充電效率高特點,將它們結合在一起,發(fā)揮各自優(yōu)勢,在鋁燃料電池工作工始和結束時利用輔助電池循環(huán)電解液,完全控制鋁燃料電池的自放電和擱置性能。

運行成本較低,與燃油汽車的相當

鋁燃料電池技術參數(shù)

截至2016年,德陽東深新能源科技有限公司推向市場的鋁燃料電池,由其特性及應用方向分為容量型及功率型兩種,前者容量大比功率小,后者功率大比容量小。它們的技術參數(shù)(見表1)。容量型鋁燃料電池主要適用于UPS(不間斷電源,Uninterraptible Power Source),應用于通訊基站、移動式充電樁、智能微電網(wǎng)等;功率型鋁燃料電池主要適用于牽引動力,應用于車輛、航空器、艦船等方面。

鋁燃料電池技術參數(shù)

鋁燃料電池的優(yōu)點

鋁燃料電池具有比能量大、成本較低、更換方便、綠色環(huán)保、安全可靠、適用性強、可長時間運行、生成物可全部回收循環(huán)利用等特點。

比能量大

鋁燃料電池的理論比能量可達8178Wh/kg,是鋰離子電池的4倍,其電源系統(tǒng)具有大電流、低噪聲(≤35dB)、無紅外特征、長航時(一次加或更換鋁陽極可持續(xù)大電流供電7d~42d)。鋁燃料電池的實際比能量可達350Wh/kg~500Wh/kg,為鋰離子電池120Wh/kg~150Wh/kg的3倍,續(xù)航里程也相應為鋰離子電池的3倍。以北京汽車集團的E150型電動車為便,鋰離子電池攜帶的電量26kWh,而等同質量鋁燃料電池可攜帶78kWh,續(xù)航里程390km,與燃油汽車一次加油行駛的里程相當。

運行成本較低,與燃油汽車的相當

根據(jù)童東風等與東深新能源科技有限公司的數(shù)據(jù)(圖2),鋁燃料電池電動車的鋁、水消耗分別為3kg/100km、5L/100kg,按15000元/t鋁價及3000元/t鋁材加工費計算,鋁耗成本為54元,電解質成本按1元/L計算,則鋁燃料電池成本約59元/100km,而一般小型乘人行駛油耗約8L/100km,汽油價格按7.63元/L計算,則行駛費用為61元/100km。

制造成本較低

電池的制造成本用制造電池的費用除以電池可以儲存的電量來表達,據(jù)東深新能源科技有限公司的統(tǒng)計,制造鋁燃料電池為500元/kWh,僅為生產鋰離子電池成本4000元/kWh的1/8。

更換簡單易行方便

鋁燃料電池運行放電時消耗的是鋁和水為主,運行過程中只需要添加適量的水,運行周期完成后,僅需更換鋁板或整體更換電池堆,操作快捷,簡單方便,從操作時間和簡易程度上來看與汽車加油時的相當,比蓄電池的充電時間短得多。斷電后可迅速瞬間啟動,電壓穩(wěn)定,電流輸出正常。

鋁燃料電池運行期間主要副產物是氫氧化鋁Al(OH)3,對環(huán)境無害,且可循環(huán)利用,加工成納米級高純Al2O3,循環(huán)利用加工成本還不到10元/kg,而燃油汽車卻存在嚴重的廢氣污染、鋰離子電池汽車則有重金屬污染等。鋁燃料電池運行時無機械震動,非常平穩(wěn),無噪聲,噪音≤35dB;無熱源,不會起火,不會爆炸。無電磁特征,燃料利用率達92%以上。

安全可靠

物理化學性質穩(wěn)定,不因暴露于空氣中而發(fā)生腐蝕、發(fā)熱、燃燒或爆炸;受到擠壓撞擊、跌落、刺穿等強力破壞,不會燃燒或爆炸;電池內芯工作溫度40℃,無燃燒或爆炸等重大安全隱患;可長時間、大電流、持續(xù)發(fā)電。

通用性強,適用性廣

鋁燃料電池堆(組)采用模塊化設計,可根據(jù)不同使用環(huán)境,各種用電需求快速組合,通用性強。大功率鋁燃料電池設備可廣泛應用于國民經(jīng)濟建設、群眾生產生活和國防各個方面。

長時間運行

鋁燃料電池特別適合在大電態(tài)勢下長期連續(xù)地運行,無需充電。因此,鋁燃料電池設備特別適合用作長時效UPS。

鋁資源豐富,制造成本不高

雖然中國可用純拜耳法提取氧化鋁的三水鋁土礦資源少,其他的鋁土礦也不豐富,但就全球而言,鋁土礦有的是,很豐富,地殼中的鋁含量占其總質量的8%以上,同時鋁是回收率很高的金屬,回收能耗僅占原鋁提取總能耗的5%,回收燒損也≤5%,鋁是一種循環(huán)價值最高的金屬,一種綠色金屬,因此,鋁燃料的價格可長期穩(wěn)定在一個合理的范圍內。

氫氧化鋁回收

氫氧化鋁回收

鋁燃料電池在發(fā)電運作時,會產生絮狀Al(OH)3沉淀,每消耗1kg鋁可產生3kg的Al(OH)3,可制得2kg的Al2O3超細的納米級粉粒(圖3)。東深新能源科技有限公司用電池廢漿制備的微粉氫氧化鋁白度≥97%,達到了微粉要求;粒度相當均勻,d50產品粒度0.8μm~1.5μm,而進一步制得的氧化鋁粉粒度可達到30nm。非常新能源科技有限公司采用獨特鋁合金陽極技術與電解液技術,通過嚴格控制電池系統(tǒng),防止粗大晶粒產生,再經(jīng)過一定的處理過程,制備的納米級Al2O3的晶粒尺寸、粒度分布、化學純度、整體色度均得到很好的控制,已在納燈、混合動力汽車、電子襯底片、汽車尾氣處理催化劑、紫外固化材料、醫(yī)療、光學薄膜、鋰電池隔膜、車燈、LED照明、半導體、顯示屏等領域獲得廣泛應用。

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