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CPC快速接头和连接器在铝空气电池能源系统的成功应用案例
Successful Application of CPC Quick Couplings and Connector in Aluminum Air Battery System
By Garye Automation Company dated Sep 9, 2019

 

铝空气电池,顾名思义就是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源,是一款对环境十分友好的电池。电池的结构以及使用的原材料可根据不同实用环境和要求而变动,具有很大的适应性,既能用于陆地也能用于深海,既可做动力电池,又能作长寿命高比能的信号电池,是一款十分强大的电池,有很广阔的应用前景。铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似,铝空气电池以高纯度铝Al(含铝99.99%)为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。

铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似,铝空气电池以高纯度铝Al(含铝99.99%)为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)和氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速,它在EV上的应用已取得良好效果,是一种很有发展前途的空气电池。

 


铝空气电池的特点:

 

1、比能量大

铝空气电池的实际比能量只达到350~400Wh/kg,这数值还不及它理论值的5%。但就是这5%不到的比能量也是铅酸电池的7~8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。
若采用铝空气电池的电动车,续驶里程明显地提高。国外有关资料介绍,美国加利福尼亚州在使用铝空气电池的电动汽车上,有过只更换一次铝电极续驶里程达1600km的记录。

2、质量轻

我国开发和研制的牵引用动力型铅酸蓄电池的总能量为13.5kWh,总质量为375kg。而同样能量的铝空气电池总质量仅45kg,为铅酸蓄电池质量的12%。由于电池质量大大减轻,车辆的整备质量也降低,可以提高车辆的装载能量或延长续驶里程。

 

3、铝没有毒性和危险性

铝对人体不会造成伤害,可以回收循环使用,不污染环境。铝的原材料丰富,已具有大规模的铝冶炼厂,生产成本较低。铝回收再生方便,回收再生成本也较低。而且可以采用更换铝电极的方法,来解决铝空气电池充电较慢的问题。 正如所有的事物有其优秀的一面也有不足的一方一样,铝空气电池也有不足之处。 虽然它含有高的比能量,但比功率较低,充电和放电速度比较缓慢,电压滞后,自放电率较大,需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热。

 

铝空气电池能源系统

 

上图是我公司成功配套的铝空气电池能源系统配套项目。该系统水路和冷却管路配套了我公司代理提供的美国CPC HFC12系列流量大, 泄漏少快速接头(接头 HFCD10812、 HFCD16812、HFCD22812 )CPC NS6系列(接头 NS6D17008 和NS6D42008)无泄露快速接头

 

CPC HFC12快速接头已取得专利权,通径为3/8英吋,它的流量与一般1/2英吋通径的快速接头相约。该接头结构精巧,重量轻,HFC接头替代了大量应用中厚重的铜球套式接头。符合人体工学的设计以及大型有罩指锁使该接头便于握住,操作简单。高效的阀门设计流量大, 泄漏少。CPC NS6系列接头的特点是尺寸精巧的无泄漏阀门设计且价格合理。如果仅几滴泄漏就会引发安全、介质成本或环境法规问题的话,请使用NS4。这种新颖的接头重量轻、抗化学性能好,便于使用。此无泄漏设计有效消除了泄漏,大程度地减少停机时间,触感柔软的过模手感舒适,极具吸引力。

 

研发发现,利用锰酸盐银纳米材料代替传统铝空气电池的催化剂,可以制造出成本更低、性能更安全、载电量更高的新型铝空气电池。由于其使用的所有材料,并不存在非常活跃的化学特性,它基本上不存在自燃或者爆炸的风险,新型电池更加安全。如果将该电池运用在纯电动车上,相同重量的铝和汽油相比,铝的实际能量密度高于汽油,这也使得车辆拥有了更长的续航能力。

研发团队负责人曹在弼(Jaephil Cho)教授在一份声明中表示:“汽油的能量密度为1,700 Wh/kg,凭借着可更换的电解液和铝板,一个铝空气电池的能量密度高达2,500 Wh/kg,此意味着,使用1公斤的铝,我们就可以生产一个电池,而此电池可让电动汽车行驶700公里。”

新型铝空气电池比传统铝空气电池的放电容量提高了17倍,不过该电池的工作原理与普通5号电池基本相同,只能通过换电池的形式使车辆恢复续航能力。电池恢复电量的方法,也只能通过更换电池内部的铝板和电解液才能实现,在实际应用和推广方面还有待研究。

 

 

云铝股份“铝空气电池”的产业化历程
2018-08-23

 

云铝股份的主要产品包括铝锭、铝合金及铝加工产品(铝棒、铝箔等),处于产业链上游,业绩受大宗商品价格的周期性波动影响较大。为此,公司提出“拓展两头、优化中间”的转型发展战略,希望通过拓宽铝的应用领域,向铝深加工产品和下游新材料产业延伸,提升公司产业价值链。铝空气电池成为其转型发展的方向之一。

2015年8月,云铝股份联手昆明冶金研究院设立了铝空气电池研发的平台公司——云南冶金集团创能金属燃料电池股份有限公司,致力于铝空气电池的研发,双方分别持有创能公司49%和51%的股份。

其中,昆明冶金研究院是“国家级企业技术中心”云南冶金集团技术中心的核心研发机构,具有多项铝空气电池发明专利,在全国同类科研机构中排名十分靠前,冶金集团在铝空气电池领域已有一定的技术积累。

2016年9月,云南冶金集团投资有限公司对创能公司进行增资扩股,股权变更后,冶金研究院、云铝股份、冶金投资公司别持股35.39%、34%和30.61%。

次月,云铝股份准备将“铝空气电池”项目从实验室带到生产线,开启产业化和商业化步伐。投资建设铝空气电池生产项目的云南云铝慧创绿能电池有限公司注册成立,云铝股份与创能公司分别持有慧创绿能95%和5%的股份。

云铝股份表示,铝空气电池原材料是“面向21世纪的绿色能源”,创能公司的铝空气电池研发项目已取得重大进展,尤其是铝空气电池的核心材料(空气电极、铝合金电极)已取得技术性突破,处于全国领先、国际先进水平,具备产业化条件。

此后,绿能公司投资建设了20MW铝空气电池生产线(产业化一期)项目,主要生产随身电源、中型备用电源、大型备用电源、动力电源、辅助材料等产品,具备每年20万台电源产品的生产能力。该项目负责人表示,公司生产的铝-空气电池主打方向并非应用在汽车上,而是更偏向民用领域,如生产生活电源、通信、机房电源等。截至2017年底,该项目已完成投资890多万元。

去年12月,云铝股份发布公告,拟受让冶金研究院和冶金投资公司持有的创能公司全部股份,交易完成后,创能公司将成为云铝股份的全资子公司,其铝空气电池项目得以装入上市公司。

云铝股份表示,创能公司和慧创绿能在通信基站备用电源、应急备用电源及新能源车配套电源等领域的产品研发和产业化运用方面取得了积极进展,部分产品已进入应用测试阶段,测试结果达到预期标准。

不过,本次收购却没有了下文,主要原因应当是中铝集团参与云南冶金集团的重组整合,收购一事被暂时搁置。当然也不排除另外的可能,其铝空气电池在产业化过程中还存在技术瓶颈,公司转而与国外龙头企业寻求合作。


牵手行业龙头

今年3月底,云铝股份与以色列斐源新能源科技有限公司(PHINERGY LTD.)成立了合资公司——云南创能斐源金属燃料电池有限公司,其中云铝股份、斐源公司分别持股32%,另有36%为从事新能源技术开发和技术转让的民营企业——上海佐永新能源科技有限公司持股。

云铝股份表示,将通过合资公司引进斐源公司世界领先的铝空气电池技术,通过资源共享、优势互补,从事铝空气能源系统及其配套产品的研发、生产及销售业务,共同将新能源电池产业做优做强。

成立于2006年斐源公司是一家以色列企业,主要从事金属空气(特别是铝空气)能源产品、中间产品、生态系统的研发、生产和销售。该公司拥有世界领先水平的铝空气电池技术和新能源汽车动力电池产业化技术,在应急备用电源、新能源动力电池等领域的技术和产品已经成熟,是业界的标杆企业。

让斐源公司引起轰动、广为人知的事件发生在2014年7月。该公司与Alcoa(美铝公司)对一台搭载了其联合开发的铝空气电池的电动车进行测试,续航里程达到994英里,约合1600公里。相比主流纯电动汽车300-500公里的续航、插电式混合动力车500公里左右的续航、氢燃料电池车500-600公里左右的续航,斐源公司的铝空气电池遥遥领先多个身位,连当前的明星产品特斯拉也望尘莫及。

 

铝空气电池具有更高的能量密度云铝股份表示,斐源公司与世界铝行业领导者美铝公司、多家以色列和世界先的电信企业及多家国际汽车厂商开展战略合作,实现了铝空气电池系统的产业化和商业化。相比之下,创能公司虽然开始了产业化尝试,但产品依然处于应用测试阶段,并未推向市场,想要在商业上取得成功还为时尚早。牵手行业龙头企业,是其加速商业化的尝试和探索。

 

铝空气燃料电池的理论比能量可达8100Wh/kg,具有成本低、比能量密度和比功率密度高等优点。作为一种特殊的燃料电池,铝空气电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等应用方面具有巨大的商业潜力。

 

 




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