用于电动车的铝空气电池能否胜过锂离子电池？

目前，全世界都在押注锂离子动力电动汽车作为实现气候目标的一种方式。2020年，也就是疫情爆发的这一年，欧洲注册了近140万辆电池电动汽车和插入式混合动力汽车（统称为XEV），比2019年增加了137%。电动汽车XEV的排放量比传统汽车低三倍，在制造和充电过程中，根据电源的不同而有所不同。尽管XEV已被证明具有优势，但使用电池为全球的汽车提供动力还是需要注意：电池的寿命保证在五到八年之间；回收是出了名的困难（目前回收率不到5%）；电池有污染；大规模充电XEV可能会给电网带来压力，而且XEV所需的稀土矿物构成了供应链风险。

欧盟委员会在2020年发布的一份关于传统燃料和替代燃料车辆环境影响的报告得出结论，混合动力电动汽车在所有车辆类型中的环境影响都显著较低。然而，鉴于各国的能源结构差异很大，这种影响在很大程度上取决于区域和运营环境。此外，XEV中铜和电子元件的使用继续对环境构成压力。相比之下，铝空气电池技术有望解决低碳运输的可持续性、回收和采购问题。

铝空气电池是一种廉价、轻且强大的能源。公式很简单：铝+空气=功率。

大约20年前，科学家们预测铝空气电池和XEV的组合将是未来乘用车在行驶里程、购买价格、燃料成本和寿命周期成本方面最有前途的技术之一。铝空气电池是一种廉价、轻且强大的能源。曾担任劳斯莱斯工程师的特雷弗·杰克逊（Trevor Jackson）创立了Métallectrique，一家铝空气电池开发公司，在过去几年中引起了媒体的极大关注。杰克逊说，铝空气电池的行驶里程与汽油动力汽车相似，目前估计每次充满电后可行驶1600公里。长期以来，阻碍铝空气电池商业化的障碍一直是这项技术本身固有的：性能差，成本高，由于阳极腐蚀或孔隙堵塞等问题，使得该技术不适合扩展和商业化。

然而，杰克逊相信他的公司已经解决了这些问题，铝空气电池组的能量密度为1.35kWh/kg，大约是锂离子电池能量的九倍。据杰克逊说，对这项技术最好的描述是“电动发动机”。它既不是电池，也不是发动机，而是发动机的电子等价物。在这个“发动机”中，“燃料”是铝金属（阳极），它与周围的氧（阴极）反应产生动力。由于阴极只是来自周围空气中的氧气，因此不需要像传统电池那样承载另一种金属的重量，这使得它相当轻。目前，制造商每千瓦时的成本为29至35欧元，司机每公里的行驶成本为0.15美分。

目前，充电基础设施仍然是使用XEV替换内燃机车辆所面临的主要挑战之一。2018年哈佛大学的一项研究表明，为了确保XEV的商业成功，需要一个更易接近、易于使用且相对便宜的充电基础设施。虽然电池更换可以大大缩短XEV驾驶员的等待时间，但这项技术很难实施。一方面，电池非常重，必须精确安装；另一方面，电池更换系统需要一个均匀分布的站点网络，这些站点可以获得可靠的电力供应。而且，有研究发现，即使对少量XEV进行不受监管的充电，也可能对当地电网造成巨大压力，可能导致过载。

对于铝空气电池，基础设施要求很少。目前的系统是为手动换电池而设计的，基于重量小于5公斤的模块。未来，通过购买铝空气电池适配器，客户还可以将XEV转变为锂铝空气混合动力车。这不仅会使二手市场更具吸引力，而且还会加速新电动汽车的销售。如果铝空气电池适配器减少充电循环次数，该技术可能不仅可以延长锂电池的使用范围，还可以延长锂电池的使用寿命。锂离子电池的回收利用尚未开发出其他环保型XEV技术，但铝空气电池的回收利用可能要容易得多，铝回收基础设施已经存在。除了将铝用作电动汽车的电源外，还可以利用这项技术回收废弃飞机上的废金属。在乘用车中使用铝空气电池只是一个开始，铝空气电池可能的用途包括海洋部门，如集装箱船和游轮、机场地面支持设备，以及为农村微电网供电。

根据国际能源署的2050年净零排放路线图，到2050年二氧化碳减排量的一半将来自目前处于原型或示范阶段的技术。这意味着铝空气电池等有前途的技术需要大规模商业化，加速交通领域的脱碳进程。