近年來,新能源汽車一直備受關注,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,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(jīng)逐漸追趕上了燃油汽車。
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(xiàn)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(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(jù)近日外媒報道,一個研究小組在《科學》上發(fā)表論文聲稱已找到解決辦法。其研制的鋁-空氣電池在一個月內(nèi)只損失0.02%的電量,獲得千倍以上的改進。
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(tài),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(xiàn)實中的應用,先是使用研發(fā)出的電池一小部分電量,然后靜置一兩天時間,然后再重復使用,結果電池持續(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-空氣電池會取代鋰電池呢?
“不會?!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(huán)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(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(chuàng)新中心在廣東佛山南海區(qū)主辦的2018NEVTIR-FC新能源汽車技術(燃料電池)創(chuàng)新拉力賽上,呈現(xiàn)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(fā)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(xiàn)在世界上很多國家十分青睞發(fā)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(yōu)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(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)航里程普遍能達到500km+,現(xiàn)代NEXO已能達到609km,甚至比一些同級的傳統(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(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?!鼻迦A大學深圳研究生院能源環(huán)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(jù)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(yōu)勢是安全性相對比較好,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,長期使用成本相對較低。缺點是能量密度相對較低,同樣重量續(xù)航里程沒優(yōu)勢。此外,低溫性能比較差,冷天電量會損失很多。
錳酸鋰電池在日本企業(yè)用的很多,優(yōu)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(wěn)定,容易產(chǎn)生氣體。
賀艷兵強調,現(xiàn)在研發(fā)電池不能大躍進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)定性的基礎上,提高能量密度。
綜上所述,業(yè)內(nèi)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。
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