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铝空气电池、氢燃料电池、锂电池到底哪家强?

作者:华凌 来源:科技日报 发布时间:2018-11-16 浏览:
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中国储能网讯:近年来,新能源汽车一直备受关注,与传统燃油汽车相比,新能源汽车有着绿色、节能等优点,但在大家的印象中,它的性能与燃油汽车还存在一定的差距。其实,随着新能源汽车技术的不断升级,特别是电池动力不断提升下,新能源汽车的性能已经逐渐追赶上了燃油汽车。

(文章来源:微信公众号“科技日报”  ID:kjrbwx)

对于电动车来说,理想的电池应该具备:足够能量密度,才能跑更远的路程;足够的功率密度,车才能加速快、能爬坡;能量补充速度快,充电或者换电都要迅速;成本低廉,使用寿命和价格综合起来有竞争力。

那么,现在究竟哪种电池靠谱,可急电动汽车所需?

防腐蚀的铝空气电池

据业内人士称,铝空气电池几乎可以和汽油相媲美,而且它比锂离子电池更轻、更便宜,不过存在一个大问题——腐蚀。

若不使用锂离子电池一个月,它们会损失5%的电量,而铝空气电池由于铝受到腐蚀的因素,会损失掉80%电量。

据近日外媒报道,一个研究小组在《科学》上发表论文声称已找到解决办法。其研制的铝空气电池在一个月内只损失0.02%的电量,获得千倍以上的改进。

怎么做到的?据介绍,研究人员在电池的阳极和阴极之间设置了一层薄膜,当电池使用时里面会充满电解液。一旦电池处于待机状态,最靠近铝的一侧会被油冲洗,从而油起到保护铝的作用。当需要再次使用电池时,电解液则取代油。由于铝在水里会排斥油,所以不会有油留在水里。

在测试中,研究人员模拟现实中的应用,先是使用研发出的电池一小部分电量,然后静置一两天时间,然后再重复使用,结果电池持续工作了24天,比以往的铝空气电池多8倍。

这是否意味着,未来几年内铝空气电池会取代锂电池呢?

“不会。”业内从事铝空气电池研究人员杨维谦答道。他解释道,因为目前铝空气电池仍有很多关键问题尚待解决,例如,动力电池需要功率较高,而功率是铝-空电池的弱项,特别是加速、爬坡性能跟不上。另外,它的负载装置较多,如通风、散热、电解液循环等装置,这些若都放置车上,会带来很大负担,因此,一般适合将其放在基站做静态电池,在续航中作为备用。

据介绍,美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy,曾展示用100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量。使用这种电池的汽车仍需保留锂电子电池,铝空气电池只在锂电池电量耗尽后才启动。

零污染的氢燃料电池

11月7日,由国家新能源汽车技术创新中心在广东佛山南海区主办的2018 NEVTIR-FC新能源汽车技术(燃料电池)创新拉力赛上,呈现出在氢能源燃料电池方面取得的多项技术成果,刷新了人们对燃料电池发展的认知。

我们知道,氢气和氧气燃烧会生成水,达到零污染。而且,作为周期表第一元素,氢元素取之不尽用之不竭。就凭此点,让现在世界上很多国家十分青睐发展氢燃料电池。

与会专家介绍,相对于其他电池,氢燃料电池最大的优势是能量密度极高,实验室可做到3千瓦时/公斤,比其他类型的电池都高很多。用于汽车可以更小的体积和重量,提供更长时间的续航。

以现代NEXO为例,其只需要3-5分钟即能充满电量,大大提高用车效率。更重要的是,在续航里程上,氢燃料续航里程普遍能达到500km+,现代NEXO已能达到609km,甚至比一些同级的传统燃油车出色。

而且,燃料电池使用成本有优势。以丰田Mirai为例,其使用的是“电解质薄膜”燃料电池技术,即利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流,除了催化剂使用铂金外,无任何消耗物,铂金本身也不损耗。

凡事没有十全十美,氢燃料电池也存在有待解决的问题,专家指出,首先是价格,氢燃料电池的核心零件是质子交换膜和铂催化剂,非常昂贵的材料,造成氢燃料电池普及困难;其次是燃料的来源和储存,氢燃料电池需要氢气,而氢气本身的制造、运输、储存及加注都极为不便,成本又很高,危险还很大,技术成熟度较低。

特斯拉CEO“给力哥”马斯克曾表示:“就算从理论上实现燃料电池的最佳性能,也无法同今天的锂离子电池抗衡。”显然,氢燃料电池进入应用阶段还有很长的路要走。

实用化的锂电池

就目前而言,哪种电池实用?

“当然是锂离子电池。”清华大学深圳研究生院能源环境学部副研究员贺艳兵博士在接受科技日报记者采访时答道。

据介绍,电动车用的动力电池种类虽然很多,但是从当下真正实用化的角度看,世界上大部分厂商都选择了锂电池,主要有两种电池,一种高速电动车的锂离子电池,包括磷酸铁锂、锰酸锂、三元锂电池等,还有一种是低速电动车的铅酸电池。

特斯拉用的松下电池是三元锂电池,这种电池的能量密度、功率密度、安全性比较均衡,是中庸之选。采用软件的办法解决充放电过程中的安全性问题。但是若遇到极端碰撞,强大的冲击力击破电池包的保护,车依然会起火爆炸,只是高强度的保护给了车主逃生的时间。

磷酸铁锂也就是比亚迪所谓的铁电池,应用比较广泛,优势是安全性相对比较好,尽管也有事故,比较而言已经是最好的。其功率密度较好,可大倍率放电,有不错的加速性能。在循环寿命方面也有优势,长期使用成本相对较低。缺点是能量密度相对较低,同样重量续航里程没优势。此外,低温性能比较差,冷天电量会损失很多。

锰酸锂电池在日本企业用的很多,优点是低温性能比较好,低温电量损失没有磷酸铁锂那么严重,价格也便宜,安全性不如磷酸铁锂,但是还不错。但是材料本身不太稳定,容易产生气体。

贺艳兵强调,现在研发电池不能大跃进式的一味追求能量密度,有的把其内的隔膜做得非常薄,整体辅材用的比较少,这样会带来电池体系的不稳定,造成安全隐患。要在提高电池的安全稳定性的基础上,提高能量密度。

综上所述,业内人士表示,电动车将来的趋势是使用纯电池或者氢动力,而目前大容量电池的充电速度问题还是个瓶颈,普及尚需要时间。

眼下的解决方案是油电混合的方式,即汽油加上电力作为能源。未来几年,随着锂电池价格的进一步下降和容量的进一步提升,电动车、插电混合动力车会越来越便宜,性能会越来越好。让我们拭目以待吧。

关键字:储能电池

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