铝空气电池技术：用废铝为电动汽车提供动力

横向思维解决电动汽车的局限性

电动汽车席卷了汽车市场，中国和挪威等国家已经拥有强大的市场渗透率。 与此同时，由于一些关键限制，许多国家的电动汽车采用继续滞后：

• 低续航里程适用于更便宜的电动汽车车型。
• 充电速度慢，加上续航里程短而需要定期充电，会使长途旅行变得困难。
• 对电网处理数百万辆新电动汽车的能力的担忧。

前两个问题，即续航里程和充电速度，是该行业试图通过新的电池化学物质以及更快、更密集的充电站网络来解决的问题。 但这仍然是一个棘手的难题。 我们在文章中详细介绍了新电池的所有潜在途径“储能的未来——公用事业规模的电池技术“。

可再生能源发电的间歇性使电网问题变得更加复杂。 当人们下班回家和通勤时，电动汽车在晚上大量充电是不受欢迎的，因为太阳能已经被排除在外。

但一个新概念可以一次性解决所有这些问题。 如果我们不用在 ICE（内燃机）和液体化石燃料或电动汽车和电池之间进行选择，而是可以使用完全可回收的燃料为电动汽车“加油”呢？

铝的能源潜力

铝是地球上非常常见的元素。 事实上，它是地球上最常见的金属，领先于铁，占地壳的 8%。 它也是一种需要大量电力才能生产的金属，从原铝土矿到氧化铝，再到铝金属。 这导致铝有时甚至被称为“冻结的电力”。

在其普通而平静的外观下，铝在适当的情况下可以成为一种非常活泼的金属，并已用于烟花； 铝粉甚至为航天飞机的固体火箭助推器提供动力。 实际上， 铝的能量密度是柴油或汽油的 2.5 倍。 输入铝空气电池。

铝空气电池 通过铝的氧化和还原来储存和发电。 它使铝金属与空气发生反应，并提供目前所有可用电池技术中能量密度最高的技术之一。 它比锂离子电池轻八倍，小四倍。

铝空气电池不应与 铝离子电池，与锂离子类似，只是使用不同的金属。

来源：Energy Post

铝空气优势

由于阴极只是环境空气中的氧气，因此不需要金属阴极，使得该电池比竞争对手轻得多。

另一个优点是，它本质上是一个“电动发动机”，消耗铝而不是油，并且在放电时不会像电池系统那样失去电压。

其局限性在于它会消耗铝，并且不能仅通过插入电池来充电。 因此，它的原理与普通 AA 电池比锂离子电池更相似。 因此，它需要一个电池更换系统，大约需要 90 秒，而不是液体燃料加油或 10-15 分钟的充电。

另一种选择还可以是使用铝-空气电池+充电电池的组合，允许根据需要灵活使用直接充电或铝动力驱动，类似于混合动力汽车，但不使用任何化石燃料。

基础设施的优点

支持铝-空气电池的一个重要因素是，铝回收行业已经成熟、高效且规模化，而锂离子电池仍然严重缺乏这一点。

这也意味着，为了采购基础材料，铝空气电池行业可以从旧建筑、机器或飞机中回收的废铝中获取材料，并同时发电。 总体而言，该系统不需要锂、镍、钴或稀土矿物等关键/污染/昂贵的资源。

如上所述，换电还意味着当电动汽车到达充电/加油站时，电网不存在立即充电的压力。 相反，当可再生能源生产过剩时，可以使用可再生能源来进行铝的再生和电池的充电。

最后，铝金属不仅可以在方便时用绿色能源再生，而且还可以轻松储存，无需太多成本，因为它是一种稳定、无毒的固体金属，不会发生太多氧化。 因此，能源可以通过铝库存长期储存，其储存成本比电池、氨或氢低得多。

铝的散装运输也不需要像氢气那样的特定基础设施，可以通过普通卡车或火车来完成。

铝成本-来源： 里亚尔

铝空气电池的缺点

铝空气电池的一个局限性是需要密集的电池交换站网络。 由于电动汽车缺乏标准化的问题以及建立足够密集的网络的成本，电池更换往往是一个失败的想法。 这对于传统电池概念来说更不可能成功，因为电动汽车行业正在转向集成到车架中的“结构电池”

一些公司（见下文）正在研究可手动完成的铝空气电池的电池更换，大大降低了技术复杂性和对昂贵的电池更换站的需求，并且具有更简单的输送自动化（例如丙烷瓶），足以完成而是工作。 无论如何，需要建立收集和重建/充电废电池的基础设施。

总体而言，这个概念并不新鲜，最早是在 1960 世纪 XNUMX 年代提出的。 当时电解液的毒性阻碍了这项技术的进展。 其他技术问题也可能很重要，主要与空气阴极有关：

“氧还原反应效率低下是其应用的障碍。 其他问题包括二氧化碳与碱性电解质反应产生碳酸盐沉淀、水蒸发到露天[电解质干燥]以及电解质渗透到空气阴极的孔隙中。” – 来源: 汽车物流

铝空气公司

1.明矾电源

Aluma Power 是一家加拿大公司 位于 Aamjiwnaang 原住民土地上.

Aluma Power 预计，当铝首次用于其他应用（例如建造汽车、建筑物、飞机、温室、船舶等的框架），然后再回收为燃料时，全循环效率将达到 43% 和 700%。

来源: 阿鲁玛

Aluma Power 的独特方法是专注于机械方法，通过旋转阳极来减轻铝空气电池的局限性，例如阳极腐蚀和磨损。 这种设计可以使用任何废铝，包括熔化的发动机缸体或汽水罐。 有记录 在美国专利 US10978758B2.

燃料盘可在几分钟内更换，可持续使用长达 130 小时。

来源: 阿鲁玛

该公司声称，其磁盘系统的资本成本比现有企业低 70%，“存储即服务”的劳动力成本也更低。

2. Métalectrique SAS 和 MAL 研发

法国 Métalectrique 及其英国子公司 MAL 正在开发铝空气电池。 该公司的关键知识产权是一种专有的电解质化学物质，据称可以减少阳极腐蚀和孔隙堵塞的问题。

公司网站 有点裸露，主要是一些新闻文章链接和 2024 年未来产品发布的公告。考虑到这可能有点令人担忧 之前发布的 4 年第四季度发布公告.

该公司似乎专注于 3 个不同的产品概念：

• 电动汽车 300 英里的增程器正在与两家大型汽车公司讨论。
• 续航里程达 1,500 英里的电动汽车电池。 MAL 已与奥斯汀电气公司签署了一项价值数百万英镑的协议，在英国大规模生产这些电池。
• 3,500 英镑的转换套件 将普通燃油汽车转变为混合动力汽车。

MAL 声称其电池的制造成本仅为 36 美元/kWh，而锂离子电池的制造成本约为 180 美元/kWh。 如果包括电池摊销，驾驶成本将达到 0.08 英镑/英里，而锂离子电池为 0.50 英镑/英里。

该技术还可以应用于飞机、国防电池和岛屿上的远程供电。

3. 里亚尔

该公司专注于为船舶和渔业生产铝空气电池。 该公司为其电池提供订阅服务，降低了前期成本，并有助于减少污染和高燃料成本。

对渔船和出租车船等专业船舶用户的关注意味着更便宜的燃料的经济论点可以很好地击中要害，并且商业案例不需要依赖于绿色能源论点，而只需依赖于盈利能力的提高。

从化石燃料到电动船的转变还开启了通过船上的太阳能电池板或风力涡轮机补充能源供应的可能性，从而进一步提高了燃料经济性和船舶的自主性。

来源：RiAlAiR

最后，电力传动系统对于船舶推进的效率更高，92% 的能量转化为推力，而燃油动力船舶的这一比例仅为 35%（差异来自于 ICE 发动机的热损失和机械损失）。

目前，数百万艘渔船每年消耗50亿升燃料，占全球燃料消耗量的1.2%，其中大多数渔船吨位在20吨以下、长度在12米以下，主要位于亚洲。 还有 15 万艘休闲船有可能改用更环保的电力推进。

来源：RiAlAiR

虽然电力推进一直无法用于船舶推进，但其限制始终是电池的能量密度。 这是现代铝空气设计可以解决的问题，有可能为这些电池创造一个利基但有利可图的市场。

4. 芬能 (PNRG.TA)

Phinergy 是我们能找到的唯一一家涉及铝空气技术且同时公开上市的公司。 这家以色列公司正在开发铝电池和锌电池。 它的目标市场是 备用电源, 移动出行/电动汽车及 储能。 它还在寻找潜力 海洋能源，采用集装箱电池.

该公司最近签署了一项协议，向印度电信公司 Indus Power 以及 Cellnex 的成功测试，另一家电信公司。 它还正在与一家领先的云数据中心公司测试其系统。

它还显示 2023 年 XNUMX 月推出的塔塔电动乘用车原型车。 印度是该公司出口战略的中心， 与双方签署生态系统建设协议 Hindalco Industries Limited，印度最大的铝制造商之一。

5. 日志9

这家印度公司是第一家本土锂离子电池制造商，也生产自己的电池管理系统。 该公司生产电池、石墨烯超级电容器和铝燃料电池（AFC）。

该公司当时 据报道，2020年有一个由45人组成的铝空气电池团队。 还讨论了 最后一英里送货车的原型机一次“充电”即可行驶 3,000 公里 。

最近，该公司似乎主要 专注于快速充电锂离子电池，因此尚不清楚其铝空气目标是否正在实现，但该技术仍然在其网站主页上占据显着位置。

结语

铝空气电池，或者铝燃料电池可能是一个更好的术语，是传统电动汽车和电池技术方法的一个非常有趣的替代方案。 通过提供金属固体燃料，它可以绕过电动汽车采用的大部分障碍，并通过将可再生能源“存储”在回收的固体铝中来解决管理可再生能源间歇性的问题。

目前，这项技术仍处于起步阶段，似乎没有一家最大的公司或电池公司正在研究它。 部分原因是这一概念完全背离了电动汽车行业的传统智慧，并且需要完全不同的技能组合和制造工艺。

这也是因为该技术往往会受到绿色政策和补贴的影响，既不符合氢燃料电池技术的要求，也不符合充电电池/电动汽车政策的要求。 它似乎在印度最受欢迎，因为该国渴望在电池技术和绿色能源方面赶上中国。