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高級電池有什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:1249次  |  2021年03月07日  

傳說中的高級電池


(一)氫燃料動力電池


我們先來日本搞得氫燃料動力電池,燃料動力電池我們可以理解成一種加燃料出現電能,一般不充電的電池。也就是說,氫燃料動力電池的充電方式其實就是加注氫,和我們傳統汽車加油是相同的。


氫燃料動力電池電動汽車的優勢是沒有污染物排放,氫發電,電機驅動車輛,我們只要把加油站換成加氫站就可以了。


這個過程看上去很簡單,但是問題出在氫的制造、運輸、儲存上。氣態氫氣要高壓氣罐儲存,液態氫氣要大量電能維持在很低的溫度。使用遠比燃油麻煩。


雖然氫氣制造并不是很困難,但是把制造好的氫氣運輸到加氫站,就要鋪設專門的管道。而加氫站給氫燃料動力電池電動汽車加氫,也要專門的設備。(氫有氫脆,對傳輸、儲存的材料要求很高,氫氣很容易泄露爆炸燃燒,對設備的安全性要求也很高)


燃油,天然氣都有現成的基礎設施可以利用,鋰離子電池有現成的電網可以利用。而氫燃料動力電池電動汽車要從頭建立一整套制造、運輸、儲存的系統,全套的基礎設施。這個難度太大。


所以,除非有政府不計成本的補貼建設全套基礎設施,否則氫燃料動力電池電動汽車就是個花瓶。日本搞這個因為日本在整個氫燃料產業鏈上全部占有制高點,其他國家不會那么傻,自己投入巨資重建一套系統,還讓日本人掌控命脈,所以氫燃料動力電池難以推廣。


(二)鋁空氣電池


鋁空氣電池雖然是金屬電池,其實也應該算作燃料動力電池。通常鋁空氣電池也是不充電的,只要更換鋁材料即可。


其實鋁空氣電池的原理類似的助聽器里面常見的鋅空氣電池。


這種金屬燃料動力電池的優點是能量密度比大,缺點是功率密度比低。用在低功率的助聽器上沒有問題,用在汽車上功率會不太夠,往往要配合功率高的鋰離子電池使用。


鋅空氣電池相比來說比較成熟,已經有量產產品,在汽車上也有試用。


鋁空氣電池比鋅空氣電池能量密度更高,有更好的前途,但是因為鋁的化學性質問題,難以保證安全穩定,目前連可以量產的成品都沒有,實用化為時尚早。


而且,金屬燃料動力電池因為不充電,同樣面對著產業鏈的問題。無論是鋅空氣電池還是鋁空氣電池,都是下面這種循環。


1、金屬制造廠電解金屬氧化物制造金屬;


2、金屬運輸到換電站


3、換電站用金屬更換掉用戶電動汽車內的金屬氧化物(金屬電池放電完畢生成氧化物)


4、廠方回收氧化物重新電解成金屬。


在這個流程中,要建立一條從制造到運輸,到更換,到回收的產業鏈。同樣涉及到基礎設施建設。建立遍布全國的換電站幾乎是不可能完成的任務。


所以,即使鋁空氣電池成功,也只能用于城市公交、出租一類可以固定位置換電(出租車在出租公司,公交車在公交公司)的場所。全面普及和氫燃料動力電池同樣困難。


(三)液流電池


液流電池是普通的化學電池,它的特點是把正極和負極電解液單獨存放,解決了普通化學電池活性物質利用率的問題。理論上可以有更高的能量密度,而且充放電次數也更多,有非常理想的性能。


但是液流電池受制于材料和電解液的濃度,發展了多年能量密度依然很低,儲能電站可以使用,不能用到汽車。


麻省理工的科學家蔣業明博士發明了半固態鋰液流電池,在材料上做了革新,讓電解液濃度大幅度提升,這就讓能量密度和功率密度達到了實用化的水平。


不過,蔣博士的這個電池還在實驗室階段,到成熟的成品尚有時日,更不用說量產了。


NanoFlowcellAG公司推出液流電池汽車,從其給出的技術指標看,似乎是做到了很高的能量密度,可以實用化,目前車輛已經開始測試。但真假還有待驗證。


但是,液流電池只要把實驗室技術轉化成量產產品,就可以真正改變電動汽車行業。讓電動汽車跑的更遠,價格更便宜(液流電池的原理決定它所使用的昂貴材料更少),充電更快(液流電池可以通過電網充電,也可以直接更換電解液完成快速充電,不過更換電解液同樣要產業鏈配套)


(四)石墨烯電池


石墨烯有很大的比表面積,可以攜帶更多的鋰離子,得到和失去鋰離子的速度都很快,這種特性給鋰離子電池新增容量,加快充放電速度供應了物理基礎。


但是在試驗中,石墨烯做負極的鋰離子電池循環壽命很差,充放電快,但是兩次就失效了,顯然是不能用的。


于是,人們就開始研發各種各樣的復合材料來做負極,試圖找到一種材料,能把充放電速度快、長循環壽命、高能量密度,低成本結合起來。


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