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簡要分析鋁燃料電池技術參數及優勢

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

鋁燃料電池是一種發電設備,是一個“發電廠”,這種發電機的陽極為鋁合金,陰極為空氣,運行過程中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,是一種很有商業價值的副產物。實際上是一種在催化劑的催化作用下發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,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,發揮各自優勢,在鋁燃料電池工作工始和結束時利用輔助電池循環電解液,完全控制鋁燃料電池的自放電和擱置性能。

鋁燃料電池技術參數

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。容量型鋁燃料電池主要適用于UPS(不間斷電源,UninterraptiblePowerSource),應用于通訊基站、移動式充電樁、智能微電網等;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。

鋁燃料電池的優點

鋁燃料電池具有比能量大、成本較低、更換方便、綠色環保、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

根據童東風等與東深新能源科技有限公司的數據,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,據東深新能源科技有限公司的統計,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,對環境無害,且可循環利用,加工成納米級高純Al2O3,循環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,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

物理化學性質穩定,不因暴露于空氣中而發生腐蝕、發熱、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、持續發電。

通用性強,適用性廣

鋁燃料電池堆(組)采用模塊化設計,可根據不同使用環境,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勢下長期連續地運行,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定在一個合理的范圍內。

氫氧化鋁回收

鋁燃料電池在發電運作時,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,防止粗大晶粒產生,再經過一定的處理過程,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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