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电动电池参考动向

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  • TA的每日心情
    开心
    2018-1-24 19:53
  • 签到天数: 6 天

    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2015-4-21 12:22:10 | 显示全部楼层 |阅读模式

      文/maomaobear

      自从特斯拉被热炒之后,几乎每隔一段时间就会冒出几篇高科技电池电动车的新闻。什么丰田的氢燃料电动车,能跑1600公里的铝电池电动车,一次充电跑600公里的液流电池车,石墨烯电池,铝离子电池……

      似乎,我们现在用锂电池简直是太蠢了,新的能源革命早就应该到来了,但事实真的像新闻描述的那么美好吗?我们来看看真相。

      一、电动车电池的真相

      电动车的核心技术是电池、电机、电控,然后就是传统汽车上的底盘技术之类的东西。其中电机技术现在已经比较成熟,电控随着摩尔定律也在不断进步,汽车底盘技术发展了这么多年,更不是瓶颈。

      电动车的核心问题就在电池上面。对于电动车来说,理想的电池应该有以下几个特性

      一、有足够能能量密度,单位体积单位重量要有足够的容量,这样才能跑更远的路程。

      二、有足够的功率密度,单位体积单位重量能产生足够大功率,这样车才能加速快,才能爬坡。

      三、能量补充速度要快,充电或者换电都要快,要不然就只能限定在城市通勤,白天跑路晚上充电的模式。

      四、平均使用成本要便宜,寿命和价格综合起来要有竞争力。

      现在已经上市的电动车,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、三元锂电池等等。还有一种是低速电动车的铅酸电池。

      就电动车的要求要看,锂电池功率密度和能量密度都不错,但是充电没法快,价格也高昂。没有补贴支持的话,只能用于特斯拉这种高定位的车型。

      铅酸电池功率密度和能量密度都低,充电也慢,但是价格相对便宜,用在短途低速电动车上比较适宜。但是有污染问题,现在中国不鼓励发展。

      其他流言中很牛的这个电池,那个电池,很遗憾,还没有能够量产上路,有几种有实验性的公交线路在用。真正通过了实践检验,现实中可以大规模使用的就这两种。流言中高级电池或者根本就不靠谱,或者还在实验室阶段。

      二、传说中的高级电池

      (一)氢燃料电池

      我们先来日本搞得氢燃料电池,燃料电池我们可以理解成一种加燃料产生电能,一般不充电的电池。也就是说,氢燃料电池的充电方式其实就是加注氢,和我们传统汽车加油是一样的。

      氢燃料电池电动车的优势是没有污染物排放,氢发电,电机驱动车辆,我们只要把加油站换成加氢站就可以了。

      这个过程看上去很简单,但是问题出在氢的制造、运输、储存上。气态氢气需要高压气罐储存,液态氢气需要大量电能维持在很低的温度。使用远比燃油麻烦。

      虽然氢气制造并不是很困难,但是把制造好的氢气运输到加氢站,就需要铺设专门的管道。而加氢站给氢燃料电池电动车加氢,也需要专门的设备。(氢有氢脆,对传输、储存的材料要求很高,氢气很容易泄露爆炸燃烧,对设备的安全性要求也很高)

      燃油,天然气都有现成的基础设施可以利用,锂电池有现成的电网可以利用。而氢燃料电池电动车需要从头建立一整套制造、运输、储存的系统,全套的基础设施。这个难度太大。

      所以,除非有政府不计成本的补贴建设全套基础设施,否则氢燃料电池电动车就是个花瓶。日本搞这个因为日本在整个氢燃料产业链上全部占有制高点,其他国家不会那么傻,自己投入巨资重建一套系统,还让日本人掌控命脉,所以氢燃料电池难以推广。

      (二)铝空气电池

      铝空气电池虽然是金属电池,其实也应该算作燃料电池。通常铝空气电池也是不充电的,只需要更换铝材料即可。

      其实铝空气电池的原理类似的助听器里面常见的锌空气电池。

      这种金属燃料电池的优点是能量密度比大,缺点是功率密度比低。用在低功率的助听器上没有问题,用在汽车上功率会不太够,往往要配合功率高的锂电池使用。

      锌空气电池相比来说比较成熟,已经有量产产品,在汽车上也有试用。

      铝空气电池比锌空气电池能量密度更高,有更好的前途,但是因为铝的化学性质问题,难以保证安全稳定,目前连可以量产的成品都没有,实用化为时尚早。

      而且,金属燃料电池因为不充电,同样面临着产业链的问题。无论是锌空气电池还是铝空气电池,都是下面这种循环。

      1、金属制造厂电解金属氧化物制造金属;

      2、金属运输到换电站

      3、换电站用金属更换掉用户电动车内的金属氧化物(金属电池放电完毕生成氧化物)

      4、厂方回收氧化物重新电解成金属。

      在这个流程中,需要建立一条从制造到运输,到更换,到回收的产业链。同样涉及到基础设施建设。建立遍布全国的换电站几乎是不可能完成的任务。

      所以,即使铝空气电池成功,也只能用于城市公交、出租一类可以固定位置换电(出租车在出租公司,公交车在公交公司)的场所。全面普及和氢燃料电池同样困难。

      (三)液流电池

      液流电池是普通的化学电池,它的特点是把正极和负极电解液单独存放,解决了普通化学电池活性物质利用率的问题。理论上可以有更高的能量密度,而且充放电次数也更多,有非常理想的性能。

      但是液流电池受制于材料和电解液的浓度,发展了多年能量密度依然很低,储能电站可以使用,不能用到汽车。

      最近,麻省理工的科学家蒋业明博士发明了半固态锂液流电池,在材料上做了革新,让电解液浓度大幅度提升,这就让能量密度和功率密度达到了实用化的水平。

      不过,蒋博士的这个电池还在实验室阶段,到成熟的成品尚有时日,更不用说量产了。

      NanoFlowcell AG公司推出液流电池汽车,从其给出的技术指标看,似乎是做到了很高的能量密度,可以实用化,目前车辆已经开始测试。但真假还有待验证。

      但是,液流电池是最近我们看到种种高级电池中比较靠谱的一个,只要把实验室技术转化成量产产品,就可以真正改变电动车行业。让电动车跑的更远,价格更便宜(液流电池的原理决定它所使用的昂贵材料更少),充电更快(液流电池可以通过电网充电,也可以直接更换电解液完成快速充电,不过更换电解液同样需要产业链配套)


      (四)看上去很美石墨烯电池

      石墨烯有很大的比表面积,可以携带更多的锂离子,得到和失去锂离子的速度都很快,这种特性给锂电池增加容量,加快充放电速度提供了物理基础。

      但是在试验中,石墨烯做负极的锂电池循环寿命很差,充放电快,但是两次就失效了,显然是不能用的。

      于是,人们就开始研发各种各样的复合材料来做负极,试图找到一种材料,能把充放电速度快、长循环寿命、高能量密度,低成本结合起来。

      各个实验室搞得论文很多,但是能实用化的东西还没有,近期,西班牙世界报发新闻说西班牙一个大学搞出来一种石墨烯电池,在高充放电速度的同时,还有更长的循环寿命、更高的能量密度和比目前锂电池稍低的成本。德国汽车企业将开始试验。

      如果报道属实的话,那么这种电池很有前途,也许将改变电动车的命运,如果加油时间和充电时间一样,那么充电站就可以替代加油站,电动车也就能真的替代燃油车。

      三、存在即合理

      我们目前上市的电动车使用铅酸电池,锂电池,不是电动车企业蠢,不知道采用新技术,而是在目前能量产能供货的电池中,只有这两种是可用靠谱的,其他或者是技术不成熟,或者是产业链无法配套的、或者是成本太高无法商用。

      除了我们前面说的几种电池,还有飞轮电池、核电池、超级电容……往往都是实验室看起来很美,但是迟迟没有实用化的消息,所以以后看到这类意淫,你可以一笑了之,不必认真。

      存在即合理,一种电池真能做到实用,三五年就会被广泛使用了,而目前还不用,一定是有问题。电池的突破将改变未来,但是我们得有耐心。

    转自:http://tech.sina.com.cn/zl/post/ ... -21/pid_8476881.htm 感谢作者。

  • TA的每日心情
    开心
    2013-4-3 10:21
  • 签到天数: 8 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2015-4-21 13:03:05 | 显示全部楼层
    苏嘎!
  • TA的每日心情
    开心
    2017-3-20 23:31
  • 签到天数: 295 天

    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2015-4-21 13:05:55 | 显示全部楼层
    好教材、学习了、简明科学易懂{:soso_e179:}
  • TA的每日心情
    郁闷
    2015-6-3 10:29
  • 签到天数: 30 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2015-4-21 16:03:20 | 显示全部楼层
    “涨只食”

    该用户从未签到

    发表于 2015-4-21 17:27:34 | 显示全部楼层
    最后一句话很实在,有好东西的话,用不了几年就推广了。实际的情况就是到现在还没有真正实用的产品发明出来。
  • TA的每日心情
    开心
    2013-4-2 22:53
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2015-4-22 00:14:22 | 显示全部楼层
    {:soso_e179:}

    该用户从未签到

    发表于 2015-5-2 21:35:08 | 显示全部楼层
    专业知识,简明阐述,感谢楼主提供这篇文章。
  • TA的每日心情
    开心
    2017-11-17 03:11
  • 签到天数: 473 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2015-5-23 12:07:14 手机频道 | 显示全部楼层
    了解中……
  • TA的每日心情
    开心
    2017-11-17 03:11
  • 签到天数: 473 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2015-5-23 12:08:27 手机频道 | 显示全部楼层
    很实用的电池,还要等很久呀……
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