寧波：グラフェンはキロワットグレードのアルミニウム空気電池の開発に使用されました

スマートグリッド、移動体通信、電気自動車、緊急災害救援の開発のニーズを満たすために、高エネルギー、低コスト、小型、長寿命の新しい化学電源の開発が急務です。金属空気電池（金属燃料電池とも呼ばれます）は、金属材料の化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する化学電源です。金属空気電池には、高エネルギー密度、低価格、豊富な資源、緑の汚染、長い放電寿命、安全性と環境保護という利点があります。それらは、「第13次5カ年計画」国家戦略的新興産業開発計画に州によってリストされています。同時に、国家発展改革委員会とエネルギー局による「エネルギー技術革命イノベーションのための行動計画（2016-2030）」にも含まれていました。不完全な統計によると、通信基地局のバックアップ電力市場でのみ、2016年の中国の通信基地局の数は600万近くに上ります。従来の通信基地局は、一般的に大容量の鉛蓄電池とディーゼル発電機をバックアップ電源システムとして使用しています。現在、鉛蓄電池は1,000万個以上使用されており、その量と品質は比較的大きいです。 3〜4年に1回交換され、耐用年数が短くなります。ただし、金属空気電池には、エネルギー密度が高く（400 Wh / kg以上のシステム）、保管期間が長く（約15年）、予備時間が長く（30〜50 H）、適切な温度範囲が広いという利点があります（ -20°C〜60°C）。これは、通信基地局用の鉛蓄電池バックアップ電源の優れた代替品です。また、金属空気電池のエネルギー密度は800 Wh / kgと高く、市販のリチウムイオン電池の4倍以上になります。また、電気自動車の拡張機能のアプリケーションについても魅力的な市場の見通しがあります。

ただし、金属空気電池業界の発展は依然として多くの技術的なボトルネックに直面しており、そのアプリケーションとプロモーションに影響を与えます。これには4つの理由があります。1つは、酸素還元触媒の触媒活性が十分に高くなく、電極の電力密度を改善する必要があることです。二つ目は、従来構造の空気陰極分極抵抗が大きく、高出力に対応することが難しいことです。第三に、金属アノードの自己腐食は深刻であり、アノードの利用率が低くなります。 4つ目は、バッテリーシステムの熱暴走の問題で、バッテリーシステムが長時間動作しなくなるという問題です。 2013年以来、中国科学院の寧波材料技術工学研究所のリチウム電池工学研究所は、金属空気電池の研究を展開しています。研究チームは、グラフェン複合触媒、新しい構造の空気カソード、金属アノード合金化、および単一バッテリーの準備プロセスで一連の進歩を遂げました。グラフェン複合酸化マンガン触媒と新しいグラフェン高効率エアカソードを使用して、単一バッテリーの電力密度を25％増加させ（図1を参照）、金属エアバッテリーの総合的な性能を大幅に向上させました。

研究チームは、「完成する材料、完成する材料、使用するデバイス」という研究コンセプトに沿って、バッテリー設計とシステム統合技術に関する詳細な研究も実施しました。 2015年には、エネルギー密度400 W / kg、容量3 kWh、出力300Wのマグネシウム空気電池発電システムの開発に成功しました。最近、グラフェン空気カソードをベースにしたキロワットグレードのアルミニウム空気電池発電システムの開発に成功しました（図2を参照）。バッテリーシステムのエネルギー密度は510Wh / kg、容量は20 kWh、出力電力は1,000 Wです。物理的なデモンストレーションでは、バッテリーシステムがテレビ、コンピューター、扇風機、および10に同時に電力を供給できることが示されました。 60Wの電球（図3を参照）。最初に、アルミニウム製の空気電池システムの発電能力を確認します。研究チームは、通信基地局のバックアップ電源や電気自動車エクステンダー用の5kWクラスの高出力アルミニウム空気電池システムの設計と開発に積極的に取り組んでいると報告されています。

研究チームは、金属空気電池の研究に関して、10を超えるSCI論文と20を超える発明特許を公開しています。主要な材料とコンポーネント、モノリシックバッテリー、モジュラーバッテリーパイルの小規模なテストを準備する機能があり、近い将来、金属空気バッテリーの工業化を促進する準備ができています。研究作業は、寧波科学技術革新チームと寧波自然科学財団によって資金提供されました。

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