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这些年我们一起追过的电池

发布时间:2018-09-09 17:41:39  来源:互联网   阅读:0

这些年 我们一起追过的电池

目前,电动汽车电池目前主要包括磷酸铁锂电池、三元材料电池、铅酸蓄电池、钠硫电池等多种传统电池,当然还有代表未来科技的燃料电池以及新型的液态电池等,它们因性能的不同导致优缺点差异颇大。当前的主流车型主要搭载磷酸铁锂电池和三元材料电池。

电池一直是电动汽车发展的心中痛。

在当前基础充电设施不成熟的情况下,电动汽车想获得更多消费者的认可,续驶里程无疑是重点考虑因素,而这很大程度上就取决于电池的性能。电池技术制约了电动汽车的发展,这是所有要发展电动汽车的企业共同面临的问题,汽车厂商及电池供应商都在寻求技术上的突破。这些年,我们见证了一批又一批电池的兴起和衰亡,有的早早夭折,有的还在实验室挣扎,有的在市场中不断更新换代却始终不尽人意,究竟电池技术什么时候能取得突破仍是未知数,也许3年,也许5年,也或许会更长。

目前,电动汽车电池目前主要包括磷酸铁锂电池、三元材料电池、铅酸蓄电池、钠硫电池等多种传统电池,当然还有代表未来科技的燃料电池以及新型的液态电池等,它们因性能的不同导致优缺点差异颇大。当前的主流车型主要搭载磷酸铁锂电池和三元材料电池。磷酸铁锂密度较低,仅为每公斤120Wh左右,但其优势是热稳定性好,安全性高。三元材料能量密度可达150Wh~200Wh

这些年我们一起追过的电池

,续驶里程长,但其劣势在于安全问题。业内对三元材料和磷酸铁锂材料孰优孰劣也一直存在分歧。

2014年10月30日,国际战略与投资集团发布公告称,美国电动车制造商特斯拉的电动车年产量将达50万辆,这将使其所使用三元材料(NCA镍钴铝)电池成本下降约30%。去年特斯拉宣称实现盈利,今年更是喜讯频传,这对众多车企在电池选择上产生了引领作用。今年上半年开始,中国车企纷纷将目光转向三元材料。2014年,已有江淮、奇瑞、北汽、众泰等一众厂家都表示,将在最新车型中采用三元材料。

近日在对将推出的新电池技术进行统计后发现:全新材质电池以及现有锂离子电池的改进,正成为电动汽车发展的趋势,未来随着新电池技术的推出,电动车续驶里程有望大大增加。

铅酸电池:低速电动车的宠儿

铅酸电池安全、廉价,经过150几年发展而不衰,对人类作了很大贡献。铅酸蓄电池是我们最为熟悉的电池之一,主要的优点是电压稳定、价格便宜,但同时也存在着比能低、使用寿命短和日常维护频繁等问题。

铅酸电池在中国曾经一度受到误解。很多人认为它古老落后、污染环境,因此在一段时间内,铅酸电池的技术发展得不到支持。最近三年,我国政府认真整顿铅酸电池行业,逐渐健全了法规,关闭了大批小企业,严格铅酸电池的准入条件;现有企业不断治理污染,优化工业卫生,企业做到文明生产,铅污染的情况在不断改善中。铅酸蓄电池有2V、4V、6V、8V、12V和24V等系列,容量从200mAh到3000mAh,虽然价格低廉,但是电池的续驶能力比较低。所以,渐渐被电动汽车所抛弃。不过,铅酸蓄电池在国内的低速电动汽车上的应用仍然很普遍。

镍镉电池:经济耐用但有毒

镍镉电池可重复500次以上的充放电,非常经济;内阻小,可供大电流的放电;因为采用完全密封式,因此不会有电解液漏出的现象,也完全不需要补充电解液;长时间放置不会使性能劣化;可使用在很广的温度范围内。但是,在充放电过程中如果处理不当,会出现严重的“记忆效应”,使得服务寿命大大缩短。此外,镉是有毒的,因而镍镉电池不利于生态环境的保护,使用遗弃后对环境会造成污染。

镍氢电池:混合动力汽车的护法

镍氢电池是由氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多,性能比锂电池要差。镍氢电池主要应用在混合动力汽车(HEV)和消费类电器产品两大领域,在HEV领域占据90%以上的应用份额,商业化的代表是丰田的普锐斯。

磷酸铁锂电池:电动汽车电池的新贵

磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池,主要用作动力电池,而且它的放电效率较高,倍率放电情况下充放电效率可达到90%以上,而铅酸电池大约为80%。在电池中,磷酸铁锂电池的安全性也高于其他的电池,理论寿命可以达到7~8年,实际使用寿命大约为3~5年,性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。缺点是,磷酸铁锂电池的价格较高,而且,电池容量较小,续行里程短,而且报废后基本上不能回收再利用,没有可回收价值。综上所述,磷酸锂铁电池在电动汽车上的应用,会使整体的成本提升,而且电池不可回收利用,这样会造成资源的浪费和消耗。

我国磷酸铁锂产业近年来得到了快速发展,从提交的专利申请数量看,我国磷酸铁锂领域专利申请数量排名全球第一,但是在全球磷酸铁锂的主要供应商中,却没有看到中国企业的身影。也就是说,尽管我国在该领域提交的相关专利申请数量多,但质量有待提高,真正实现产业化的专利数量较少。

钴酸锂电池:特斯拉的VIP

钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高,主要用于中小型号电芯,标称电压3.7V。

特斯拉电动车的电池采用了松下提供的NCA系列(镍钴铝体系)18650钴酸锂电池,单颗电池容量为3100毫安时。特斯拉采用了电池组的战略,85kWh的MODEL

S的电池单元一共运用了8142个18650锂电池,工程师首先将这些电池以砖、片逐一平均分配最终组成一整个电池包,电池包位于车身底板。特斯拉的工程师在电池包内的保险装置分布到每一节18650钴酸锂电池,每一节18650钴酸锂电池两端均设有保险丝,当电池出现过热或电流过大时,保险丝会切断,以此避免因某个电池出现异常情况(过热或电流过大)时影响到整个电池包。就此来看,钴酸锂电池虽然本身存在着缺陷,但是在特斯拉的工程师的包装上安全性基本上可以忽略。显然,这样的解决方案还是很适合在纯电动汽车上运用。

钛酸锂电池:受政策歧视而没落

钛酸锂(LTO)并不是正极材料,而是传统负极材料—石墨的替代品。钛酸锂用于电池开发始于上世纪90年代,相比石墨负极,钛酸锂具有循环寿命长、安全、可快速充电等多重优点。电池在充、放电时,负极存在着锂离子的嵌入与脱出过程。石墨材料的层状结构在锂离子嵌入脱出时通常产生层间形变,并随着嵌脱次数的增加而导致结构塌陷。而钛酸锂是一种零应变材料,锂离子在嵌入与脱出时晶格常数与体积变化都很小,具备极优的循环性能。钛酸锂充电时间短、循环寿命长的特性在短途的电动公交上得以充分展现。但由于政策歧视,新一轮的补贴方案下发后,钛酸锂快充纯电动客车定额补贴较之此前的补贴标准减少了35万元,钛酸锂的纯电动客车失去了市场竞争的优势,该技术也渐渐不被看好。

燃料电池:清洁高效但成本高

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

因为燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能,中间不经过燃烧过程,因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%~60%,而火力发电和核电的效率大约在30%~40%。缺点是燃料电池造价偏高、碳氢燃料无法直接利用、氢气储存技术受限、氢燃料基础建设不足等。最有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池。

钠硫电池:比能量不是一般的高

钠硫电池,是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下,钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应,形成能量的释放和储存。钠硫电池一个是比能量高,并且可大电流、高功率放电。但其工作温度在300~350℃,所以,电池工作时需要一定的加热保温。

液态电池:能量密度比特斯拉的锂电池大5倍

液体电池由一将电化学活性电极浸泡在装满电解液的玻璃容器组成的电池。大多数电池,包括笔记本电脑和电视机遥控器上使用的电池,都使用固体材料如锌或钴锂充当阴极,石墨充当阳极,液体盐溶液充当电解质膜。而此液体电池则不同,其阴阳和膜都是液体的,且都是炽热的熔化的像稀泥似的液体。液态电池能量密度高、稳定耐用、充电速度更快、更加环保、可以维持超过14000次循环。缺点是成本高。

在今年日内瓦车展上,由列支敦士登能源公司NanoFlowcell

AG开发的Quant.e-Sportlimousine概念超跑亮相。新车具有2900牛·米的峰值扭矩,百公里加速时间仅需2.8秒,一次充电能跑400至600公里。该车的最大亮点是它使用NanoFlowcell-AG公司开发的一种新型液态电解质电池。这种电池采用盐水作为存储能量的介质。盐水会通过两个水箱之间的隔膜形成电荷,电力被储存和分配给超级电容器。它的能量密度比特斯拉的锂电池大5倍,而且它更稳定耐用,充电速度更快、同时也更加环保。

石墨烯电池:充满一次电池大概只需5秒

石墨烯是一种由碳原子按照六边形进行排布并相互连接而成的碳分子,其结构非常稳定,属于新型材料,已知材料中最薄、最坚硬、导电性最好而且拥有强大灵活性的纳米材料。由于它的电阻率低,电子迁移的速度极快,表面积大和电性能良好,被科学家认为是锂离子电池的理想电极材料。业内专家介绍,石墨烯复合材料用作锂离子电池负极材料可大幅提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。将石墨烯运用于锂离子电池,充满一次电池大概只需要5秒钟;给特斯拉纯电动汽车充一次电,可能也只需几分钟。据了解,特斯拉新电池将采用石墨烯材质,其具有高导电和良好的柔韧性,是柔性储能器件的理想候选材料之一。

铝空气电池:最高续航里程可达1600公里

在新研发的电池技术中,铝空气电池正成为新的发展方向。近日以色列Phinergy公司表示:试验用车的一个电池组重约100公斤,内装50块电池板,仅一块铝空气电池板就可以驱动车辆行驶约32公里,最高续航里程可达1600公里。该公司还表示,开发出的铝-空气电池的空气阴极配备有专用的银基催化剂,其采用了独特的创新结构,该结构可以使氧气顺利通过,而可以将二氧化碳阻隔在外。通过该创新结构,Phinergy铝-空气电池的空气阴极可以有效避免电极的碳化问题,其工作寿命也因此可以达到数千小时。

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