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鋁-空氣電池、氫燃料動(dòng)力電池、鋰電池到底哪家強(qiáng)?

時(shí)間:2022-12-08 15:08:56來源:鉅大LARGE

導(dǎo)語:?近年來,新能源汽車一直備受關(guān)注,與傳統(tǒng)燃油汽車相比,新能源汽車有著綠色、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),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。

  近年來,新能源汽車一直備受關(guān)注,與傳統(tǒng)燃油汽車相比,新能源汽車有著綠色、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),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(shí),隨著新能源汽車技術(shù)的不斷升級(jí),特別是電池動(dòng)力不斷提升下,新能源汽車的性能已經(jīng)逐漸追趕上了燃油汽車。

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

  那么,現(xiàn)在究竟哪種電池靠譜,可急電動(dòng)汽車所需?

  防腐蝕的鋁-空氣電池

  據(jù)業(yè)內(nèi)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(gè)大問題——腐蝕。

  若不使用鋰離子電池一個(gè)月,它們會(huì)損失5%的電量,而鋁-空氣電池由于鋁受到腐蝕的因素,會(huì)損失掉80%電量。

  據(jù)近日外媒報(bào)道,一個(gè)研究小組在《科學(xué)》上發(fā)表論文聲稱已找到解決辦法。其研制的鋁-空氣電池在一個(gè)月內(nèi)只損失0.02%的電量,獲得千倍以上的改進(jìn)。

  怎么做到的?據(jù)介紹,研究人員在電池的陽極和陰極之間設(shè)置了一層薄膜,當(dāng)電池使用時(shí)里面會(huì)充滿電解液。一旦電池處于待機(jī)狀態(tài),最靠近鋁的一側(cè)會(huì)被油沖洗,從而油起到保護(hù)鋁的作用。當(dāng)需要再次使用電池時(shí),電解液則取代油。由于鋁在水里會(huì)排斥油,所以不會(huì)有油留在水里。

  在測試中,研究人員模擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用,先是使用研發(fā)出的電池一小部分電量,然后靜置一兩天時(shí)間,然后再重復(fù)使用,結(jié)果電池持續(xù)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(nèi)鋁-空氣電池會(huì)取代鋰電池呢?

  “不會(huì)?!睒I(yè)內(nèi)從事鋁-空氣電池研究人員楊維謙答道。他解釋道,因?yàn)槟壳颁X-空氣電池仍有很多關(guān)鍵問題尚待解決,例如,動(dòng)力電池需要功率較高,而功率是鋁-空電池的弱項(xiàng),特別是加速、爬坡性能跟不上。另外,它的負(fù)載裝置較多,如通風(fēng)、散熱、電解液循環(huán)等裝置,這些若都放置車上,會(huì)帶來很大負(fù)擔(dān),因此,一般適合將其放在基站做靜態(tài)電池,在續(xù)航中作為備用。

  據(jù)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(chǔ)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(dòng)。

  零污染的氫燃料電池

  我們知道,氫氣和氧氣燃燒會(huì)生成水,達(dá)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(diǎn),讓現(xiàn)在世界上很多國家十分青睞發(fā)展氫燃料電池。

  業(yè)內(nèi)專家介紹,相對(duì)于其他電池,氫燃料電池最大的優(yōu)勢是能量密度極高,實(shí)驗(yàn)室可做到3千瓦時(shí)/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(shí)間的續(xù)航。

  以現(xiàn)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(xù)航里程上,氫燃料續(xù)航里程普遍能達(dá)到500km+,現(xiàn)代NEXO已能達(dá)到609km,甚至比一些同級(jí)的傳統(tǒng)燃油車出色。

  而且,燃料電池使用成本有優(yōu)勢。以豐田Mirai為例,其使用的是“電解質(zhì)薄膜”燃料電池技術(shù),即利用氫氣跟氧氣化學(xué)反應(yīng)過程中的電荷轉(zhuǎn)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(jià)格,氫燃料電池的核心零件是質(zhì)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(chǔ)存,氫燃料電池需要?dú)錃?,而氫氣本身的制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及加注都極為不便,成本又很高,危險(xiǎn)還很大,技術(shù)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(shí)現(xiàn)燃料電池的最佳性能,也無法同今天的鋰離子電池抗衡?!憋@然,氫燃料電池進(jìn)入應(yīng)用階段還有很長的路要走。

  實(shí)用化的鋰電池

  就目前而言,哪種電池實(shí)用?

  “當(dāng)然是鋰離子電池?!鼻迦A大學(xué)深圳研究生院能源環(huán)境學(xué)部副研究員賀艷兵博士在接受記者采訪時(shí)答道。

  據(jù)介紹,電動(dòng)車用的動(dòng)力電池種類雖然很多,但是從當(dāng)下真正實(shí)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)大的沖擊力擊破電池包的保護(hù),車依然會(huì)起火爆炸,只是高強(qiáng)度的保護(hù)給了車主逃生的時(shí)間。

  磷酸鐵鋰也就是比亞迪所謂的鐵電池,應(yīng)用比較廣泛,優(yōu)勢是安全性相對(duì)比較好,盡管也有事故,比較而言已經(jīng)是最好的。其功率密度較好,可大倍率放電,有不錯(cuò)的加速性能。在循環(huán)壽命方面也有優(yōu)勢,長期使用成本相對(duì)較低。缺點(diǎn)是能量密度相對(duì)較低,同樣重量續(xù)航里程沒優(yōu)勢。此外,低溫性能比較差,冷天電量會(huì)損失很多。

  錳酸鋰電池在日本企業(yè)用的很多,優(yōu)點(diǎn)是低溫性能比較好,低溫電量損失沒有磷酸鐵鋰那么嚴(yán)重,價(jià)格也便宜,安全性不如磷酸鐵鋰,但是還不錯(cuò)。但是材料本身不太穩(wěn)定,容易產(chǎn)生氣體。

  賀艷兵強(qiáng)調(diào),現(xiàn)在研發(fā)電池不能大躍進(jìn)式的一味追求能量密度,有的把其內(nèi)的隔膜做得非常薄,整體輔材用的比較少,這樣會(huì)帶來電池體系的不穩(wěn)定,造成安全隱患。要在提高電池的安全穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,提高能量密度。

  綜上所述,業(yè)內(nèi)人士表示,電動(dòng)車將來的趨勢是使用純電池或者氫動(dòng)力,而目前大容量電池的充電速度問題還是個(gè)瓶頸,普及尚需要時(shí)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(jià)格的進(jìn)一步下降和容量的進(jìn)一步提升,電動(dòng)車、插電混合動(dòng)力車會(huì)越來越便宜,性能會(huì)越來越好。讓我們拭目以待吧。


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