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简要分析铝燃料电池技术参数及优势

导读: 铝燃料电池具有比能量大、成本较低、更换方便、绿色环保、安全可靠、适用性强、可长时间运行、生成物可全部回收循环利用等特点。

铝燃料电池具有比能量大、成本较低、更换方便、绿色环保、安全可靠、适用性强、可长时间运行、生成物可全部回收循环利用等特点。

铝燃料电池是一种发电设备,是一个“发电厂”,这种发电机的阳极为铝合金,阴极为空气,运行过程中通过消耗铝合金阳极、电解质(液)水和空气中的氧对外输出电能,运行过程中有Al(OH)3产生,是一种很有商业价值的副产物。实际上是一种在催化剂的催化作用下发生化学反应而产生电能的一种化学电源,是铝电解的逆过程。

实际发电电池是铝燃料电池与辅助电池(锂电池或镍氢电池)组成的混合系统,图1即为非常新能源有限公司的这样模式,其特点是:利用铝燃料电池比能量大的特点,以它作为能源包,贮存携带能量,恒功率输出,使用后整体更换;发挥镍-氢电池/锂电池输出性能好、充电效率高特点,将它们结合在一起,发挥各自优势,在铝燃料电池工作工始和结束时利用辅助电池循环电解液,完全控制铝燃料电池的自放电和搁置性能。

铝燃料电池技术参数

由其特性及应用方向分为容量型及功率型两种,前者容量大比功率小,后者功率大比容量小。它们的技术参数。容量型铝燃料电池主要适用于UPS(不间断电源,UninterraptiblePowerSource),应用于通讯基站、移动式充电桩、智能微电网等;功率型铝燃料电池主要适用于牵引动力,应用于车辆、航空器、舰船等方面。

铝燃料电池的优点

铝燃料电池具有比能量大、成本较低、更换方便、绿色环保、安全可靠、适用性强、可长时间运行、生成物可全部回收循环利用等特点。

比能量大

铝燃料电池的理论比能量可达8178Wh/kg,是锂离子电池的4倍,其电源系统具有大电流、低噪声(≤35dB)、无红外特征、长航时(一次加或更换铝阳极可持续大电流供电7d~42d)。铝燃料电池的实际比能量可达350Wh/kg~500Wh/kg,为锂离子电池120Wh/kg~150Wh/kg的3倍,续航里程也相应为锂离子电池的3倍。以北京汽车集团的E150型电动车为便,锂离子电池携带的电量26kWh,而等同质量铝燃料电池可携带78kWh,续航里程390km,与燃油汽车一次加油行驶的里程相当。

运行成本较低,与燃油汽车的相当

根据童东风等与东深新能源科技有限公司的数据,铝燃料电池电动车的铝、水消耗分别为3kg/100km、5L/100kg,按15000元/t铝价及3000元/t铝材加工费计算,铝耗成本为54元,电解质成本按1元/L计算,则铝燃料电池成本约59元/100km,而一般小型乘人行驶油耗约8L/100km,汽油价格按7.63元/L计算,则行驶费用为61元/100km。

制造成本较低

电池的制造成本用制造电池的费用除以电池可以储存的电量来表达,据东深新能源科技有限公司的统计,制造铝燃料电池为500元/kWh,仅为生产锂离子电池成本4000元/kWh的1/8。

更换简单易行方便

铝燃料电池运行放电时消耗的是铝和水为主,运行过程中只需要添加适量的水,运行周期完成后,仅需更换铝板或整体更换电池堆,操作快捷,简单方便,从操作时间和简易程度上来看与汽车加油时的相当,比蓄电池的充电时间短得多。断电后可迅速瞬间启动,电压稳定,电流输出正常。

铝燃料电池运行期间主要副产物是氢氧化铝Al(OH)3,对环境无害,且可循环利用,加工成纳米级高纯Al2O3,循环利用加工成本还不到10元/kg,而燃油汽车却存在严重的废气污染、锂离子电池汽车则有重金属污染等。铝燃料电池运行时无机械震动,非常平稳,无噪声,噪音≤35dB;无热源,不会起火,不会爆炸。无电磁特征,燃料利用率达92%以上。

安全可靠

物理化学性质稳定,不因暴露于空气中而发生腐蚀、发热、燃烧或爆炸;受到挤压撞击、跌落、刺穿等强力破坏,不会燃烧或爆炸;电池内芯工作温度40℃,无燃烧或爆炸等重大安全隐患;可长时间、大电流、持续发电。

通用性强,适用性广

铝燃料电池堆(组)采用模块化设计,可根据不同使用环境,各种用电需求快速组合,通用性强。大功率铝燃料电池设备可广泛应用于国民经济建设、群众生产生活和国防各个方面。

长时间运行

铝燃料电池特别适合在大电态势下长期连续地运行,无需充电。因此,铝燃料电池设备特别适合用作长时效UPS。

铝资源丰富,制造成本不高

虽然中国可用纯拜耳法提取氧化铝的三水铝土矿资源少,其他的铝土矿也不丰富,但就全球而言,铝土矿有的是,很丰富,地壳中的铝含量占其总质量的8%以上,同时铝是回收率很高的金属,回收能耗仅占原铝提取总能耗的5%,回收烧损也≤5%,铝是一种循环价值最高的金属,一种绿色金属,因此,铝燃料的价格可长期稳定在一个合理的范围内。

氢氧化铝回收

铝燃料电池在发电运作时,会产生絮状Al(OH)3沉淀,每消耗1kg铝可产生3kg的Al(OH)3,可制得2kg的Al2O3超细的纳米级粉粒(图3)。东深新能源科技有限公司用电池废浆制备的微粉氢氧化铝白度≥97%,达到了微粉要求;粒度相当均匀,d50产品粒度0.8μm~1.5μm,而进一步制得的氧化铝粉粒度可达到30nm。非常新能源科技有限公司采用独特铝合金阳极技术与电解液技术,通过严格控制电池系统,防止粗大晶粒产生,再经过一定的处理过程,制备的纳米级Al2O3的晶粒尺寸、粒度分布、化学纯度、整体色度均得到很好的控制,已在纳灯、混合动力汽车、电子衬底片、汽车尾气处理催化剂、紫外固化材料、医疗、光学薄膜、锂电池隔膜、车灯、LED照明、半导体、显示屏等领域获得广泛应用。

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