铝-空气电池作为一种理论比能量密度极高的金属空气电池体系（可达8.1 kWh/kg），在长续航储能、应急电源、特种装备等领域具有巨大应用前景。然而，其产业化进程长期受制于材料、电化学及系统集成等多方面技术瓶颈，具体表现如下：

1. 铝负极关键材料与副反应控制难题

· 铝阳极腐蚀与自放电严重： 在碱性或中性电解液中，铝电极会发生严重的析氢副反应（2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂），导致铝的利用率低下（通常<50%），电池容量迅速衰减，并存在安全隐患。
· 钝化膜问题： 铝表面易生成致密的氧化铝钝化膜，增加电极极化，阻碍电化学反应持续进行。
· 高效、低成本缓蚀剂与合金化方案缺乏： 现有缓蚀剂（如Zn、Sn、In等合金元素或有机添加剂）或效果不足，或成本高昂，难以兼顾抑制腐蚀与维持高放电性能。

2. 空气阴极（氧还原电极）性能与成本瓶颈

· 催化活性与稳定性矛盾： 非贵金属催化剂（如Mn、Co、Fe基氧化物或碳基材料）在碱性环境中氧还原反应（ORR）活性与长期稳定性不足；贵金属催化剂（如Pt、Pd）成本过高。
· 防水透气膜与电极结构优化： 阴极需要平衡氧气传输、电解液管理和反应界面，传统的防水透气膜易发生淹水或干涸，影响电池功率输出和寿命。

3. 电解液管理与电池系统集成挑战

· 反应产物Al(OH)₃的移除与电解液再生： 放电产物氢氧化铝溶解度低，易在电极表面积累，堵塞孔隙，导致电池性能衰退。如何实现产物的高效移除及电解液的在线再生或循环利用，是系统设计的核心难题。
· 热管理与水管理复杂： 反应放热及水消耗需要精确的热管理和水管理策略，尤其在密闭或大功率系统中。
· 启动、存储与维护问题： 传统铝空电池通常为“储备电池”模式，启动时间长，湿态存储性能衰减快，维护复杂。

4. 成本、寿命与可靠性平衡

· 综合成本高昂： 高性能催化剂、合金化铝负极、系统辅助装置（如电解液循环泵、热管理系统）导致整体成本居高不下，限制了其商业化竞争力。
· 寿命与可靠性验证不足： 电池的长期循环寿命（如可更换负极模式下的循环次数）、环境适应性（温度、湿度）及系统可靠性缺乏充分的工程验证数据。

1. 材料体系初步筛选与测试
   · 已建立铝负极材料（如不同纯度铝及Al-Ga-In-Sn等合金）的电化学性能（腐蚀速率、放电电位）测试平台。
   · 对多种非贵金属ORR催化剂（如钙钛矿型、尖晶石型氧化物）进行了实验室级别的合成与半电池性能评估。
   · 已与上游铝材、催化剂供应商建立初步合作，进行样品试制。
2. 单电池设计与基础性能测试
   · 完成了1-3代铝-空气单电池（活性面积10-100 cm²）的原理样机设计与组装。
   · 掌握了单电池的基本测试方法，初步评估了不同电解液（KOH、NaCl）浓度、空气流量下的放电性能，获得了mA/cm²级别电流密度下的初步放电曲线。
   · 对反应产物的形貌和成分进行了初步分析（XRD、SEM）。
3. 产学研合作与文献调研
   · 与国内重点高校在电化学工程、材料科学领域建立了合作关系，获得了理论指导。
   · 系统调研了国内外铝空电池技术发展动态、专利布局及潜在应用场景。
4. 团队与平台初步建设
   · 组建了涵盖电化学、材料、机械、控制的初期研发团队。
   · 搭建了基础的电池组装与测试实验室，配备了电化学工作站、电池测试系统等关键设备。

1. 开发高性能、低自放电铝负极材料体系
   · 通过多元合金化与表面改性协同，研发出1-2种新型铝基负极材料。
   · 目标： 在模拟电池工作环境下，铝利用率提升至75%以上（电流密度100 mA/cm²），同时显著抑制析氢速率（<0.1 mL/min/cm²）。
2. 研制高效、长寿命非贵金属空气阴极
   · 开发具有分级多孔结构的高性能、低成本非贵金属ORR催化电极（如基于过渡金属与氮掺杂碳的复合材料）。
   · 优化阴极防水透气膜结构与电极集成工艺。
   · 目标： 阴极在0.1A/cm²电流密度下，过电位低于0.3V，且在模拟工况下持续运行500小时性能衰减小于10%。
3. 构建智能化电解液管理与产物处理系统
   · 设计高效的电解液循环、冷却及反应产物Al(OH)₃在线分离/移除子系统原型。
   · 开发相应的控制系统，实现电解液浓度、温度、流量的稳定控制。
   · 目标： 实现电池系统在额定功率下连续运行100小时，功率波动小于±5%，无明显性能衰减。
4. 完成kW级铝空电池堆及系统集成验证
   · 基于上述关键材料与部件，研制出额定功率≥1 kW的模块化铝空电池堆工程样机。
   · 集成电源管理、热管理、安全监控等子系统，形成完整的电池系统。
   · 目标： 系统比能量≥400 Wh/kg（基于系统总质量），峰值比功率≥50 W/kg，并可在-10℃至45℃环境温度下正常工作。
5. 建立关键技术验证平台与初步成本分析模型
   · 形成铝空电池关键材料、部件及系统的综合测试与评价能力。
   · 完成工程样机的成本初步核算与技术经济性分析，明确产业化降本路径。
 

1. 关键材料与部件样品
   · 高性能铝负极材料（合金锭或箔材）公斤级样品及测试报告。
   · 高效非贵金属空气阴极（尺寸≥100 cm²）样品及测试报告。
   · 专用电解液添加剂/缓蚀剂配方。
2. 电池堆及系统原型
   · 额定功率≥1 kW的铝空电池堆工程样机1台。
   · 配套的智能化电解液管理与热管理子系统原型1套。
3. 软件、数据库与技术文件
   · 铝空电池系统控制与能量管理软件V1.0。
   · 铝空电池关键材料与工艺数据库V1.0。
   · 《铝空电池设计与制造技术规范（草案）》。
   · 《铝空电池系统安全测试与评估指南》。
4. 知识产权
   · 申请发明专利10-15项（涵盖负极材料、阴极催化剂、电池结构、管理系统等）。
   · 申请实用新型专利5-8项。
5. 第三方测试与应用示范报告
   · 获得国家级电池检测机构对工程样机的安全与性能检测报告。
   · 在1-2个典型应用场景（如备用电源、移动基站电源）完成不少于1000小时的现场示范运行，提供《示范运行评估报告》。
6. 人才培养与团队
   · 打造一支具备铝空电池从材料研发到系统集成能力的核心研发团队。
   · 形成初步的铝空电池中试工艺包与产业化推进方案。