鉅大LARGE | 點擊量：312次 | 2024年01月05日
動力鋰電池的發(fā)展路在何方？
依賴化學電池真的是長久之計？
就目前來看，化學電池是電動汽車領域應用最為廣泛的電池種類，如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料動力電池等都統(tǒng)稱為化學電池。其實再細分，從結構角度上講，又可以分成蓄電池及燃料動力電池兩大類別，我們目前所見路上能跑的絕大多數(shù)電動汽車都采用蓄電池技術進行驅動，如蔚來ES8、特斯拉MODEL家族車型等；燃料動力電池汽車的代表就如現(xiàn)代的NEXO、豐田Mirai車型等，不過目前我國在氫燃料使用上還是多以物流貨運運輸為主。當然，這里所講的蓄電池并不是我們日常所提到的汽車電瓶，而是對可重復充電動力鋰電池的統(tǒng)稱。
[鋰離子電池喜憂參半]
鋰離子電池目前處于電池產(chǎn)業(yè)的霸主地位，從上世紀70年代誕生至今，其憑借能量密度高、循環(huán)使用壽命長等特點迅速占據(jù)了電動汽車電池市場的絕大部分江山。不過，為何小編說鋰離子電池喜憂參半呢？是因為在某些方面它有著讓人著迷的特殊性質，在另一方面，它又存在著目前無能為力待解決的問題。
可能關注鋰離子電池比較多的朋友們會了解，目前在售電動汽車所配備的鋰離子電池重要有磷酸鐵鋰離子電池及三元鋰離子電池兩種，這兩種電池小編個人認為兩者存在著互補關系，為何這么說？因為在使用上磷酸鐵鋰離子電池更加安全，由于其內部化學反應發(fā)生在電池溫度處于500-600℃高溫，相比其他鋰離子電池在200攝氏度左右時就發(fā)生內部化學反應，它會更加安全。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
雖說磷酸鐵鋰離子電池相對來說更安全，但是在能量密度上又不及三元鋰電，磷酸鐵鋰離子電池在能量密度上約為100-110Wh/kg，三元鋰離子電池在重量能量密度上要高出許多，約為200Wh/kg,高的能量密度可以保障動力鋰電池供應更大的續(xù)航里程，所以特斯拉選用三元鋰離子電池，也正是因為瞄上了這一特點。
[鎳氫電池慢慢淡出市場]
此前其實還有一種鎳氫電池可以滿足出行需求，于上世紀90年代后逐漸發(fā)展開來，其能量密度與普通的鋰離子電池差距并不大，約為70-100Wh/kg，但由于電池單體電壓僅為1.2V，是鋰離子電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下，其電池組的體積要比鋰離子電池大上一些。但是電池在循環(huán)充放電過程中容量會出現(xiàn)衰減，而過度充電或放電，都可能加劇電池的容量損耗，但是鋰離子電池此項特性幾乎可忽略不計。因此，許多廠商在動力鋰電池選擇上，寧愿去冒一些風險，也會試圖用其他辦法去新增電動汽車的續(xù)航里程，像鎳氫電池各項不太突出的選項，恐怕要逐漸的被pass掉了。
[燃料動力電池或異軍突起]
要說燃料動力電池，其實小編個人認為它在結構上其實不是電池，準確地說是一個大的發(fā)電機，或是清潔燃料驅動的增程器。其因能量轉換效率高、無污染、壽命長、運行平穩(wěn)等特點被業(yè)界公認為未來汽車的最佳能源。簡單來說，燃料動力電池是通過化學反應將化學能轉換為電能的一種裝置，而能量的來源重要是依靠不斷供給燃料及氧化劑出現(xiàn)的。理論上講，燃料動力電池能采用的燃料種類很多，甚至是傳統(tǒng)內燃機所用燃料均可，不過真正能起電化學反應的，僅僅是其中的氫和氧化劑中的氧，因此，氫燃料動力電池是目前燃料動力電池的研究核心。
作為氫能源先行者之一，豐田所量產(chǎn)的第一輛氫電池車Mirai，便可實現(xiàn)加氫3分鐘左右，續(xù)航達700公里的用車需求。日本至今建設了92座加氫站，與此同時。韓國、美國等國家也緊隨其后，興建加氫站并推出氫能源汽車。此外，歐洲也在努力發(fā)展氫能源的建設和應用。相比插電式電動汽車，氫能源充電快只需3分鐘，續(xù)航里程長等特點完美解決駕駛者因用車續(xù)航里程短，充電時間長等一系列焦慮問題，相信氫能源汽車是未來新能源汽車的最好發(fā)展方向。
小結：目前來看，動力鋰電池倘若一直采用化學電池，變數(shù)還是很大的，其重要原因是鋰離子電池在安全性和能量密度兩個方面不可兼得，在其他動力鋰電池技術還未開發(fā)出來之前，目前也只能用鋰離子電池來維持，但是氫燃料動力電池的強勢介入，勢必會打破鋰離子電池長期的壟斷地位。
物理電池的未來可能性有多大？
說起物理電池，不得不提到飛輪電池。飛輪電池是20世紀90年代才提出的新概念電池，它突破了化學電池的局限，用物理方法實現(xiàn)儲能。眾所周知，當飛輪以一定角速度旋轉時，它就具有一定的動能。飛輪電池正是以其動能轉換成電能的，其實小編通俗點說，此原理就好比在汽車上安一個風車。它與化學電池不同，物理電池通過物理用途供應使發(fā)電設備中的線圈旋轉的動力，從而進行發(fā)電。物理電池有很多的種類，其原理共通，一般都是通過物理用途使得線圈旋轉，線圈切割磁感應線，從而在其內出現(xiàn)電流。
飛輪電池相比化學電池各性能指標并不差，據(jù)悉其儲能密度可達100～200wh/kg，功率密度可達5000～l0000w/kg，同時能量的轉換率比傳統(tǒng)內燃機要高出近一倍，相比化學電池又沒有溫度的影響，在后期的應用上完全可以忽略材料、成本的問題。
但是，小編注意到一個問題，假如飛輪一旦充電，就會不停轉動下去。當我不用電時，飛輪還在那里轉動，過多的做功勢必會出現(xiàn)多余的能量消耗。例如給一輛飛輪電池汽車充電后，該汽車可以行駛三小時，但是實際汽車走了兩個小時，剩余的半小時怎么辦？不過，也有人說，飛輪空轉時，由于沒有負載，能量損失不會太大，比目前存放一段時間不用的蓄電池損失的能量還要小。假如靜止不動，幾乎沒有能量損失。所以目前提出的解決辦法是給飛輪電池配備化學充電電池，當不要用電時，可把飛輪轉動的電能充進化學電池中。但是給飛輪電池配備化學電池帶來的問題是，新增了汽車或設備的重量。
小結：就飛輪電池來說，在結構上的確可以按照物理電池來進行劃分。但是，假如控制飛輪的工作還要其他電驅動介入，那在一定意義上相當于畫蛇添足，所以物理電池說是電池，但是這種結構方式用于電機才是最佳的選擇。
有趣的生物電池取代化學電池的可能性有多大？
提到生物電池，可能多數(shù)網(wǎng)友在上學的時候多少有所接觸。在生物課上，水果電池會讓我們覺得它很有趣，用幾根導線隨便一插就能發(fā)電。其實生物電池是指將生物質能直接轉化為電能的裝置，由于萬物的能量皆來自太陽能，所以從原理上來講，生物質能能夠直接轉化為電能重要是因為生物體內存在與能量代謝關系密切的氧化還原反應。這些氧化還原反應彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡，進行生物的能量代謝。
最近在剛上的熱門電影《流浪地球》里，載人太空艙的生活系統(tǒng)是一個除了太陽光外，在各種環(huán)境下是密閉狀態(tài)。結果太陽光就成了整個飛船所用的電能和人體消耗的各種能量的供應者，此時生物電池一方面可供應電能給通信設備和控制設備使用，另一方面也輸出供飲用的新鮮水和作為空氣成分供呼吸用的氧氣。宇宙飛行員呼出的二氧化碳、排泄出的廢物和尿液再供給光合用途轉換器和生物電池，因此，空氣、水和其它物質以至人的排泄物都要得到一次又一次的反復利用，而生物電池正是在這種生態(tài)循環(huán)中能夠發(fā)揮其巨大用途的。
