鋅空氣電池不僅可作為清潔交通動(dòng)力源，更是新能源發(fā)電儲(chǔ)能的最優(yōu)方案，如能突破電池體積大、還原成本高等技術(shù)瓶頸，將具有廣闊市場(chǎng)前景
2010年3月7日，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司旗下中航國(guó)際（香港）集團(tuán)有限公司投資5億元，與北京長(zhǎng)力聯(lián)合能源技術(shù)有限公司聯(lián)合成立北京中航長(zhǎng)力能源科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中航長(zhǎng)力”），并設(shè)立“北京鋅空氣電池研究中心”，同時(shí)雙方合作的鋅空氣電池產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目也落戶于北京八達(dá)嶺新能源產(chǎn)業(yè)基地。
“鋅空氣電池可謂儲(chǔ)能的最優(yōu)方案”，中航國(guó)際（香港）集團(tuán)有限公司總裁季貴榮告訴記者，“該項(xiàng)目落戶八達(dá)嶺新能源產(chǎn)業(yè)基地，就是為了服務(wù)于新能源發(fā)電企業(yè)”。
對(duì)此，北京市副市長(zhǎng)茍仲文也給予了充分肯定：“該項(xiàng)目的建設(shè)，對(duì)實(shí)施綠色北京的計(jì)劃，對(duì)延長(zhǎng)新能源產(chǎn)業(yè)鏈條，改善新能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，乃至優(yōu)化調(diào)整新能源汽車(chē)結(jié)構(gòu)都具有重要意義”。
儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)突出
在伊拉克，駐伊美軍必不可少的一個(gè)裝備就是可充電電池。常見(jiàn)的鋰電池雖然可以提供一定時(shí)期的電源，但其電量消耗快的問(wèn)題難以保障軍事需要。特別是在戰(zhàn)爭(zhēng)中，由于戰(zhàn)地發(fā)電裝置多數(shù)被毀，鋰電池往往是英雄無(wú)用武之地。彼時(shí)，鋅空氣電池就成為最佳選擇。
對(duì)于儲(chǔ)能領(lǐng)域人士而言，鋅空氣電池的概念并不陌生。它是以活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì)，以鋅為負(fù)極，以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)的一種原電池。在耗盡電荷量以后，只要更換鋅電極和堿液，就可重復(fù)使用。以7號(hào)電池為例，鋅空氣電池的容量是同型號(hào)堿性電池的2.5倍，而重量卻是堿性電池的2/3，在通常使用情況下，若用于手機(jī)，待機(jī)時(shí)間可超過(guò)45天。與鋰電池相比，鋅空氣電池可以克服前者電量消耗快、壽命短、棄用后污染環(huán)境等問(wèn)題，更不會(huì)出現(xiàn)鋰電池那樣因異常原因?qū)е碌谋ㄊ鹿省?/p>
中航長(zhǎng)力聯(lián)合能源科技有限公司副董事長(zhǎng)周利民告訴記者：“氧氣資源隨處可見(jiàn)，而國(guó)內(nèi)的鋅資源豐富，地質(zhì)儲(chǔ)量居世界第1位”。數(shù)據(jù)顯示，至2004年底，我國(guó)鋅的地質(zhì)保有儲(chǔ)量為9200萬(wàn)噸，而且資源分布相當(dāng)廣泛，幾乎遍及全國(guó)。純鋅的原料價(jià)格約為每噸18000-19000元，而鋰電所用的含量99.9%電池級(jí)碳酸鋰，每噸價(jià)格約為37000-40000元，兩者相比，鋅的價(jià)格要低很多，且提取更為方便。因此，鋅空氣電池具有很高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。“中國(guó)發(fā)展鋅空氣電池最有資源優(yōu)勢(shì)”，周利民說(shuō)。
不少國(guó)際電池大廠已經(jīng)瞄準(zhǔn)了鋅空氣電池市場(chǎng)。知名電池廠商美國(guó)勁量（Energizer）正在著手推廣鋅空氣電池。勁量稱其鋅空氣電池通過(guò)技術(shù)改進(jìn)之后，在同樣體積下，電量是現(xiàn)有堿性電池或鋰電池的3倍。目前，勁量已經(jīng)得到了30家OEM廠商的支持，首款鋅空氣電池也將于2010年夏天上市，電壓、容量和現(xiàn)有的9號(hào)電池相同，售價(jià)也會(huì)和其一次性鋰電池類(lèi)似。該公司還將推出使用鋅空氣電池的產(chǎn)品，包括無(wú)線鍵盤(pán)、藍(lán)牙耳機(jī)、遙控器、掌上媒體播放器、迷你手電筒等。
由于出色的儲(chǔ)能效果和安全性，通過(guò)近幾年商業(yè)化項(xiàng)目的實(shí)施，鋅空氣電池已經(jīng)大量應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和日常生活中。最常見(jiàn)的是許多助聽(tīng)器里就使用了鋅空氣電池。數(shù)據(jù)顯示，僅僅中國(guó)助聽(tīng)器市場(chǎng)目前年銷(xiāo)售約7億元，且每年以15%的速度增長(zhǎng)。借助這一領(lǐng)域，鋅空氣電池市場(chǎng)迅速成長(zhǎng)并進(jìn)入了成熟期。
鋅空氣電池在很多領(lǐng)域可以替代鉛酸、鋅錳、銀鋅、鎘鎳等系列電池產(chǎn)品，具有廣闊的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。作為航標(biāo)燈電源，我國(guó)內(nèi)河航道的航標(biāo)燈年需要量在數(shù)萬(wàn)只；作為助聽(tīng)器、計(jì)算器、電子手表等產(chǎn)品的電源，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求在數(shù)千萬(wàn)只；作為礦工頭燈電源，全國(guó)市場(chǎng)保守估計(jì)在1000萬(wàn)只左右；在軍事領(lǐng)域，鋅空氣燃料電池也具有極大的價(jià)值和運(yùn)用前景，現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用于單通道地面及空中通訊系統(tǒng)、通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)、夜視系統(tǒng)、數(shù)碼信息設(shè)備、導(dǎo)向系統(tǒng)、監(jiān)視傳感器、閃光燈、潛艇和武器探測(cè)器等。
鋅空氣電池車(chē)年內(nèi)試路
1995年，以色列電燃料（Electric Fuel）有限公司首次將鋅空氣電池用于EV（電動(dòng)汽車(chē)）上，使得鋅空氣電池車(chē)進(jìn)入了實(shí)用化階段。此后，美國(guó)Dreisback Electromotive公司以及德國(guó)、法國(guó)、瑞典、荷蘭、芬蘭、西班牙和南非等多個(gè)國(guó)家也都在EV上積極地推廣應(yīng)用鋅空氣電池。
以其他電池為動(dòng)力的摩托車(chē)一般行程不大于60公里，且一般電池充電時(shí)間在10小時(shí)以上。而以鋅空氣電池作為動(dòng)力的摩托車(chē)最大行程不低于210公里，放電電流大，放電曲線平穩(wěn)，可作為動(dòng)力電源長(zhǎng)時(shí)間大電流放電，使用方便，續(xù)航距離長(zhǎng)，且在使用時(shí)不須專(zhuān)門(mén)充電，只須到換液站對(duì)電解液進(jìn)行置換，這一過(guò)程也僅需要幾分鐘。
隨著北京鋅空氣電池研究中心的成立，北京正式投入了鋅空氣電池的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作階段。年內(nèi)北京將有采用鋅空氣電池的50輛電動(dòng)大客車(chē)和環(huán)衛(wèi)車(chē)，在北京市政府指定的線路進(jìn)行路試，投入市公交和環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的試驗(yàn)運(yùn)行，為市場(chǎng)化運(yùn)作提供可靠的依據(jù)。到2013年，將實(shí)現(xiàn)鋅空氣電池規(guī)模化生產(chǎn)，達(dá)到年產(chǎn)1000輛電動(dòng)大客車(chē)電池和1000輛電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車(chē)電池的規(guī)模。
鋅空氣電池采取抽換鋅電極的辦法進(jìn)行“機(jī)械式充電”，更換電極的時(shí)間在3分鐘內(nèi)即可完成。換上新的鋅電極，“充電”即告結(jié)束。它是一種有別于常規(guī)2次電池的新型2次電池。“充電”時(shí)間極短，非常方便。可隨車(chē)攜帶一些鋅電極，為使用帶來(lái)了極大方便。如此種電池得到發(fā)展，省去了充電站等社會(huì)保障設(shè)施的興建。鋅電極可在超市、電池經(jīng)營(yíng)點(diǎn)、汽配商店等購(gòu)買(mǎi)，對(duì)普及此電池電動(dòng)車(chē)十分有利。
除了中航長(zhǎng)力外，國(guó)內(nèi)另一家較早開(kāi)展鋅空氣電池生產(chǎn)的博信電池（上海）有限公司已經(jīng)落戶上海浦東新區(qū)，博信將和數(shù)家國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)聯(lián)公司一起，在浦東新區(qū)建立一個(gè)戰(zhàn)略合作項(xiàng)目公司，即鋅燃料空氣電池驅(qū)動(dòng)城市電動(dòng)巴士運(yùn)行、鋅燃料生產(chǎn)和物流體系的示范和試運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目公司。浦東新區(qū)科協(xié)副主席丁海濤博士表示，這是符合環(huán)保能源政策及資源節(jié)約和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論的項(xiàng)目。在2010年上海世博會(huì)上，博信公司研制的鋅空氣燃料電池電動(dòng)巴士作為清潔能源汽車(chē)穿梭于各個(gè)場(chǎng)館之間。
助力新能源發(fā)電
在多種有望替代鋰電池的技術(shù)當(dāng)中，鋅空氣電池盡管具有一定的市場(chǎng)前景，但作為新能源汽車(chē)電池，尚難以撼動(dòng)鋰電池。
“車(chē)用鋰電池技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，隨著充電站的陸續(xù)建立以及與電網(wǎng)接入技術(shù)的解決，鋰電池仍是新能源汽車(chē)最佳的電源”，中國(guó)電子商會(huì)電源專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、高級(jí)工程師錢(qián)良國(guó)并不看好鋅空氣電池作為車(chē)用電源的市場(chǎng)前景。
一方面，鋅空氣電池的主要原料——鋅在還原時(shí)過(guò)程復(fù)雜，繁瑣，氧電極所需的催化劑常常是鉑及鉑合金、金屬螯合物等高成本材料，因此，氧電極成本較高。另一方面，體積大、不便更換電池也是阻礙鋅空氣電池在新能源汽車(chē)上應(yīng)用的問(wèn)題之一，“一般來(lái)說(shuō)，鋅空氣電池一片一伏，一輛車(chē)384伏，那就要300多片，如果安裝兩套，要700多片”，周利民對(duì)此直言不諱。
對(duì)此，中航長(zhǎng)力并不擔(dān)心。一方面，他們已經(jīng)探索出了一條用于鋅空氣電池發(fā)展車(chē)用電源的途徑，正在規(guī)模發(fā)展上爬坡；另一方面，除了車(chē)用電池外，為新能源發(fā)電平衡電能是中航長(zhǎng)力為鋅空氣電池開(kāi)辟的又一大應(yīng)用領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電中。受自然條件影響，風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電量常常存在高峰和低谷，并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，常常會(huì)由于電量不穩(wěn)定，對(duì)既有電網(wǎng)造成較大沖擊。而鋅空氣電池具有放電平穩(wěn)的特性，如果在上網(wǎng)發(fā)電前，通過(guò)鋅空氣電池，將電能先儲(chǔ)備起來(lái)，然后再釋放電能，則可以起到穩(wěn)定發(fā)電的目的。
“鋅空氣電池不僅作為清潔交通動(dòng)力源，也作為新能源發(fā)電儲(chǔ)能的最優(yōu)方案，具有廣闊的發(fā)展前景和強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)”，季貴榮說(shuō)。中航長(zhǎng)力的鋅空氣電池項(xiàng)目之所以入駐八達(dá)嶺開(kāi)發(fā)區(qū)，其目的也是為了服務(wù)于八達(dá)嶺新能源產(chǎn)業(yè)基地的新能源發(fā)電企業(yè)，同時(shí)在鋅還原時(shí)因?yàn)榭梢允褂眯履茉窗l(fā)的電，因而電價(jià)也更加低廉，從而降低鋅空氣電池的成本。
周利民透露，鋅空氣電池中心成立后，將著重攻克上述兩大難題，促進(jìn)鋅空氣電池在更廣范圍內(nèi)的應(yīng)用。一是采用鹽類(lèi)金屬氧化物做為催化劑，替代傳統(tǒng)的銀催化等高成本材料。目前中航長(zhǎng)力采用的新型堿介質(zhì)電沉積工藝，大大降低了鋅及鋅電極還原成本。同時(shí)，設(shè)計(jì)制造新型的插塊式電池則將大大提高更換速度，對(duì)縮小產(chǎn)業(yè)鏈也能起到促進(jìn)作用。“我們還在研制注入式鋅空氣電池，將插塊式片狀鋅變成富氧鋅液態(tài)形式，實(shí)現(xiàn)‘加油’式更新”，周利民表示，如此一來(lái)，將大大提高使用效率，縮短更換時(shí)間，減少使用不便。目前，這一項(xiàng)目已被列為國(guó)家“863計(jì)劃”。
針對(duì)業(yè)內(nèi)對(duì)鋅空氣電池“用汞來(lái)提高電池的儲(chǔ)存性能，不是綠色能源的詬病”，周利民表示，目前所有的小型鋅電池均已實(shí)現(xiàn)了無(wú)汞化，摸索出一條促進(jìn)鋅空氣電池綠色發(fā)展的途徑。正如一位權(quán)威人士說(shuō)，“辦法總比問(wèn)題多”，事實(shí)上，在催化使用、降低電池性價(jià)比、制作成本、回收再利用以及相應(yīng)的配套設(shè)施上，業(yè)內(nèi)都在對(duì)其科研攻關(guān)。
然而，和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)鋅空氣電池?zé)o論是技術(shù)還是價(jià)格方面仍有不小差距。如從電池能力看，美國(guó)研發(fā)的鋅空氣電池單位放電密度已經(jīng)達(dá)到280毫安，而國(guó)內(nèi)最高是260毫安。
目前，由美國(guó)能源部和中國(guó)科技部授權(quán)成立的“美中能源環(huán)境技術(shù)交流中心”已經(jīng)把鋅空氣動(dòng)力燃料電池作為向中國(guó)推薦的重點(diǎn)合作項(xiàng)目，不僅將著力提升國(guó)內(nèi)鋅空氣電池研發(fā)水平，試圖解決其應(yīng)用中體積大、還原成本高等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化瓶頸，還將共同推進(jìn)鋅空氣電池在新能源汽車(chē)及更廣范圍內(nèi)的應(yīng)用。
