纯电动车、混动车、燃料电池车、液流电池车……电池技术发展到今天，早已具备了推动新一轮汽车革命的力量。这不，连行事向来“低调”的中科院宁波材料所也赶了一回潮流。
日前，该所动力锂电池工程实验室团队宣布，他们研制出了基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统，该系统能量密度高达510Wh/Kg、容量20KWh、输出功率1000W，可同时为一台电视机、一台电脑、一台电风扇以及10个60W照明灯泡供电。该团队目前已具备关键材料与部件、单体电池、模块化电池堆的小试制备能力，将在近期推动项目产业化。不远的将来，你家买的电动汽车或许都将用上这种“黑科技”噢。
啥是铝空气电池？铝空气电池属于金属空气电池一种，依靠电化学反应，将铝金属的化学能转化为电能。金属空气电池技术诞生已有近60年历史，但产业化步伐一直较为缓慢。
中科院宁波材料所动力锂电池工程实验室是从2013年起启动金属空气电池研究的。4年下来，实验室在石墨烯复合催化剂、新结构空气阴极、金属阳极合金化、单电池制备工艺等多方面取得了一系列进展，先后发表。
“智能电网、移动通信、电动汽车产业的不断发展，迫切需要开发能量高、成本低、体积小、寿命长的新型化学电源。”中科院宁波材料所动力锂电池工程实验室主任、省石墨烯应用研究重点实验室研究员刘兆平举例道，传统通讯基站采用大容量铅酸蓄电池作为备用电源系统，目前在用铅酸蓄电池高达1000多万组，体积和质量均较大，3-4年更换一次。金属空气电池能量密度高（系统可达400 Wh/kg以上）、储存时间久（约15年）、适配温度范围宽（–20℃-60℃），是替代通讯基站铅酸备用电源的理想选择。
单是通讯基站这个看似冷门的领域，可能就蕴藏着广阔的市场前景。更何况站在行业风口的电动汽车？
记者了解到，目前市面上的电动汽车主要有两种电池，一种高速电动车的锂离子电池，还有一种是低速电动车的铅酸电池。锂电池功率密度和能量密度都不错，但是价格高，没有补贴支持，只能用于高定位车型。铅酸电池功率密度和能量密度都低，充电慢，价格相对便宜，用在短途低速电动车上比较适宜。但是因为有污染，国家并不鼓励发展。
前两年，美铝加拿大公司和以色列公司展示的100公斤重铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量。许多媒体因此做出了“铝空气电池是传统电池秒杀者”的报道。
谈秒杀当然为时过早。要真正实现从“可能可以用”到“可以用”，还需经历相当长的过程。比如，氧还原催化剂催化活性不够，电极功率密度有待提升。又比如，常规结构的空气阴极极化电阻较大，难于满足高功率输出。此外，铝金属阳极自腐蚀情况严重导致阳极利用率不高，等等。
围绕这些瓶颈，宁波材料所的专家们展开了艰苦攻关，一开始效果并不好，直到他们想到了石墨烯。
石墨烯是目前人类发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型材料。2016年，刘兆平担任首席科学家的宁波墨西科技年产5000吨石墨烯生产线投产，石墨烯产业化应用的前景令人期待。铝空气电池项目中，刘兆平和同事们正是采用石墨烯复合锰基氧化物催化剂，以及新型石墨烯基高效空气阴极，将单体电池功率密度成功地提高了近1/4！
“铝空气电池包括由铝制成的阳极和由碳材料和催化剂制成的阴极。简单来说，我们是在电池模块中，加入了一定比例的石墨烯，不但使得阴极电阻变小，降低了‘内耗’，催化剂的‘活性’也提高了。”中科院宁波材料所动力锂电池工程实验室研究院薛业建说。
说起来容易做起来难。“催化剂种类繁多，这两年，我们一直在做催化剂和石墨烯的配比实验，前前后后加起来有2000多次。这也是科学研究中所谓‘螺旋式接近正确值’的过程。”薛业建感慨道。
如今，中科院宁波材料所投资300万元建设的年产3.5万片金属空气阴极生产线投产在即，下半年，铝空气电池项目还将迁至新落成的宁波市石墨烯创新中心继续其产业化步伐。与此同时，团队还积极设计开发用于通讯基站备用电源和电动汽车增程器的5kW级大功率铝空气电池系统。
“这段时间，一些企业纷纷找上门来和我们谈合作。我们的目标是将电动车的续航能力由目前的300km（配600公斤锂电池）左右提高到500-600km。到那时，电动汽车才能真正实现其新能源车的价值。”薛业建说。
