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鋁空氣電池、氫燃料電池、鋰電池到底哪家強?

作者:華凌 來源:科技日報 發布時間:2018-11-16 瀏覽:
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中國儲能網訊:近年來,新能源汽車一直備受關注,與傳統燃油汽車相比,新能源汽車有著綠色、節能等優點,但在大家的印象中,它的性能與燃油汽車還存在一定的差距。其實,隨著新能源汽車技術的不斷升級,特別是電池動力不斷提升下,新能源汽車的性能已經逐漸追趕上了燃油汽車。

(文章來源:微信公眾號“科技日報”  ID:kjrbwx)

對于電動車來說,理想的電池應該具備:足夠能量密度,才能跑更遠的路程;足夠的功率密度,車才能加速快、能爬坡;能量補充速度快,充電或者換電都要迅速;成本低廉,使用壽命和價格綜合起來有競爭力。

那么,現在究竟哪種電池靠譜,可急電動汽車所需?

防腐蝕的鋁空氣電池

據業內人士稱,鋁空氣電池幾乎可以和汽油相媲美,而且它比鋰離子電池更輕、更便宜,不過存在一個大問題——腐蝕。

若不使用鋰離子電池一個月,它們會損失5%的電量,而鋁空氣電池由于鋁受到腐蝕的因素,會損失掉80%電量。

據近日外媒報道,一個研究小組在《科學》上發表論文聲稱已找到解決辦法。其研制的鋁空氣電池在一個月內只損失0.02%的電量,獲得千倍以上的改進。

怎么做到的?據介紹,研究人員在電池的陽極和陰極之間設置了一層薄膜,當電池使用時里面會充滿電解液。一旦電池處于待機狀態,最靠近鋁的一側會被油沖洗,從而油起到保護鋁的作用。當需要再次使用電池時,電解液則取代油。由于鋁在水里會排斥油,所以不會有油留在水里。

在測試中,研究人員模擬現實中的應用,先是使用研發出的電池一小部分電量,然后靜置一兩天時間,然后再重復使用,結果電池持續工作了24天,比以往的鋁空氣電池多8倍。

這是否意味著,未來幾年內鋁空氣電池會取代鋰電池呢?

“不會。”業內從事鋁空氣電池研究人員楊維謙答道。他解釋道,因為目前鋁空氣電池仍有很多關鍵問題尚待解決,例如,動力電池需要功率較高,而功率是鋁-空電池的弱項,特別是加速、爬坡性能跟不上。另外,它的負載裝置較多,如通風、散熱、電解液循環等裝置,這些若都放置車上,會帶來很大負擔,因此,一般適合將其放在基站做靜態電池,在續航中作為備用。

據介紹,美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy,曾展示用100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量。使用這種電池的汽車仍需保留鋰電子電池,鋁空氣電池只在鋰電池電量耗盡后才啟動。

零污染的氫燃料電池

11月7日,由國家新能源汽車技術創新中心在廣東佛山南海區主辦的2018 NEVTIR-FC新能源汽車技術(燃料電池)創新拉力賽上,呈現出在氫能源燃料電池方面取得的多項技術成果,刷新了人們對燃料電池發展的認知。

我們知道,氫氣和氧氣燃燒會生成水,達到零污染。而且,作為周期表第一元素,氫元素取之不盡用之不竭。就憑此點,讓現在世界上很多國家十分青睞發展氫燃料電池。

與會專家介紹,相對于其他電池,氫燃料電池最大的優勢是能量密度極高,實驗室可做到3千瓦時/公斤,比其他類型的電池都高很多。用于汽車可以更小的體積和重量,提供更長時間的續航。

以現代NEXO為例,其只需要3-5分鐘即能充滿電量,大大提高用車效率。更重要的是,在續航里程上,氫燃料續航里程普遍能達到500km+,現代NEXO已能達到609km,甚至比一些同級的傳統燃油車出色。

而且,燃料電池使用成本有優勢。以豐田Mirai為例,其使用的是“電解質薄膜”燃料電池技術,即利用氫氣跟氧氣化學反應過程中的電荷轉移來形成電流,除了催化劑使用鉑金外,無任何消耗物,鉑金本身也不損耗。

凡事沒有十全十美,氫燃料電池也存在有待解決的問題,專家指出,首先是價格,氫燃料電池的核心零件是質子交換膜和鉑催化劑,非常昂貴的材料,造成氫燃料電池普及困難;其次是燃料的來源和儲存,氫燃料電池需要氫氣,而氫氣本身的制造、運輸、儲存及加注都極為不便,成本又很高,危險還很大,技術成熟度較低。

特斯拉CEO“給力哥”馬斯克曾表示:“就算從理論上實現燃料電池的最佳性能,也無法同今天的鋰離子電池抗衡。”顯然,氫燃料電池進入應用階段還有很長的路要走。

實用化的鋰電池

就目前而言,哪種電池實用?

“當然是鋰離子電池。”清華大學深圳研究生院能源環境學部副研究員賀艷兵博士在接受科技日報記者采訪時答道。

據介紹,電動車用的動力電池種類雖然很多,但是從當下真正實用化的角度看,世界上大部分廠商都選擇了鋰電池,主要有兩種電池,一種高速電動車的鋰離子電池,包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元鋰電池等,還有一種是低速電動車的鉛酸電池。

特斯拉用的松下電池是三元鋰電池,這種電池的能量密度、功率密度、安全性比較均衡,是中庸之選。采用軟件的辦法解決充放電過程中的安全性問題。但是若遇到極端碰撞,強大的沖擊力擊破電池包的保護,車依然會起火爆炸,只是高強度的保護給了車主逃生的時間。

磷酸鐵鋰也就是比亞迪所謂的鐵電池,應用比較廣泛,優勢是安全性相對比較好,盡管也有事故,比較而言已經是最好的。其功率密度較好,可大倍率放電,有不錯的加速性能。在循環壽命方面也有優勢,長期使用成本相對較低。缺點是能量密度相對較低,同樣重量續航里程沒優勢。此外,低溫性能比較差,冷天電量會損失很多。

錳酸鋰電池在日本企業用的很多,優點是低溫性能比較好,低溫電量損失沒有磷酸鐵鋰那么嚴重,價格也便宜,安全性不如磷酸鐵鋰,但是還不錯。但是材料本身不太穩定,容易產生氣體。

賀艷兵強調,現在研發電池不能大躍進式的一味追求能量密度,有的把其內的隔膜做得非常薄,整體輔材用的比較少,這樣會帶來電池體系的不穩定,造成安全隱患。要在提高電池的安全穩定性的基礎上,提高能量密度。

綜上所述,業內人士表示,電動車將來的趨勢是使用純電池或者氫動力,而目前大容量電池的充電速度問題還是個瓶頸,普及尚需要時間。

眼下的解決方案是油電混合的方式,即汽油加上電力作為能源。未來幾年,隨著鋰電池價格的進一步下降和容量的進一步提升,電動車、插電混合動力車會越來越便宜,性能會越來越好。讓我們拭目以待吧。

關鍵字:儲能電池

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