能量密度遠(yuǎn)超鋰電池，又一個(gè)新能源車技術(shù)獲突破進(jìn)展，鋰硫電池商業(yè)化加速
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-14 12:53
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媒體報(bào)道，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢逸泰院士團(tuán)隊(duì)和王功名教授課題組發(fā)現(xiàn)鈷基化合物中陰離子的價(jià)電子的p能帶中心相對(duì)費(fèi)米能級(jí)的位置，是影響鋰硫電池界面電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的主要因素。研究人員發(fā)現(xiàn)了正極材料的極化現(xiàn)象最小，而且倍率性能也最好的鈷基化合物載硫材料，甚至在攝40度條件下，相比當(dāng)前已知的最高的功率密度提高近四倍。該研究成果日前發(fā)表在國際頂級(jí)能源材料期刊《焦耳》雜志上。
鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池，其理論比能量高達(dá) 2600Wh／kg，遠(yuǎn)高于目前商業(yè)化的鋰離子電池。近年來，鋰硫電池因具有高能量密度、高理論容量、單質(zhì)硫資源豐富、價(jià)格低廉以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，成為高能新型電池的主要研究方向之一。
不只是科研機(jī)構(gòu)，近年來電池企業(yè)也一直在積極尋求技術(shù)突破，希望盡快實(shí)現(xiàn)鋰硫電池商業(yè)化。如猛獅科技通過與新加坡的專業(yè)研究院所IMRE合作，目前鋰硫電池樣品也已經(jīng)在無人機(jī)上應(yīng)用。
分析認(rèn)為，盡管鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化還存在著許多問題，但這正是我國新能源企業(yè)搶占先機(jī)，獲取未來鋰硫電池話語權(quán)的最佳時(shí)期，動(dòng)力電池企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)投入力度，加速攻克和突破鋰硫電池的技術(shù)難關(guān)，以避免未來鋰硫電池核心技術(shù)被國外占領(lǐng)。
隨著天氣逐漸炎熱，不僅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入旺季，各類關(guān)于車內(nèi)高溫導(dǎo)致的慘劇也進(jìn)入多發(fā)期。今天（7月1日），在微信群里流傳著一張照片，不僅讓在全國各地奔忙的無人機(jī)作業(yè)人員倒吸一口冷氣，也讓無人機(jī)業(yè)內(nèi)人士揪心。
圖中白色車輛已經(jīng)被完全燒毀，現(xiàn)場的工作人員透露，起火原因是車內(nèi)無人機(jī)電池自燃，從截圖上判斷，車輛已經(jīng)被燒得面目全非。
無人機(jī)大多使用鋰離子電池，這種電池能量密度高、對(duì)環(huán)境友好、使用壽命長，與此同時(shí)，鋰離子電池也十分危險(xiǎn)，非常容易發(fā)生起火爆炸。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016年鋰電池 產(chǎn)業(yè)相關(guān)起火事故有40起，分布在鋰離子電池的生產(chǎn)、運(yùn)輸、應(yīng)用、回收等各個(gè)環(huán)節(jié)。
在新能源這條路上走的決絕的特斯拉，就曾因?yàn)殡姵氐脑驇锥戎袛嘌邪l(fā)，盡管特斯拉團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在電池的安全上投入了很多精力，但依然不能避免電池起火：2016年1月1日早上，一輛特斯拉Model S在超級(jí)充電站充電時(shí)突然起火，所幸事故發(fā)生后沒有人員傷亡；同年8月15日，一輛特斯拉Model S電動(dòng)汽車在法國試駕期間突然著火，當(dāng)時(shí)這輛汽車曾發(fā)出巨大的噪音，而且儀表盤還顯示出預(yù)警信息警告乘客該汽車的充電功能存在問題；一輛特斯拉Model S電動(dòng)轎車2016年9月7日在荷蘭發(fā)生車禍，撞上了路邊的大樹，駕車的荷蘭男子當(dāng)場死亡，車上的電池掉落起火并且難以熄滅。
消防員正在給一輛著火的特斯拉滅火/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
特斯拉研究了上十年的鋰電池，仍然不能避免慘劇，而國內(nèi)大多數(shù)無人機(jī)的鋰電池尚未確定合格標(biāo)準(zhǔn)，品質(zhì)難以保證。
并且，無人機(jī)涉及多方人員，包括一線作業(yè)人員、吃瓜群眾等，如果沒有一個(gè)安全、高效的作業(yè)環(huán)境，無人機(jī)發(fā)展將舉步維艱。
傳統(tǒng)電池存在安全隱患
植保無人機(jī)電池容量比較大，存在過熱和起火的潛在安全隱患。一旦燃燒溫度可達(dá)上千度，甚至能直接融化鋼鐵。夏季室外車輛如果暴露在陽光下，車窗一旦關(guān)閉，車內(nèi)溫度很快升高，植保無人機(jī)電池存在過熱乃至起火的風(fēng)險(xiǎn)。
鋰電池的四大主要部分為正極材料、負(fù)極材料、隔離膜和電解液，當(dāng)內(nèi)部出現(xiàn)樹狀突或者手狀的鋰離子增長非常容易導(dǎo)致短路或隨機(jī)爆炸形成明火。一旦電池內(nèi)部形成樹狀突，就會(huì)迅速加劇，最終可能會(huì)刺穿正負(fù)極的隔離膜，導(dǎo)致短路，從而起火。
基于此，目前無人機(jī)行業(yè)也有廠家在研發(fā)氫燃料電池，盡管氫燃料電池的運(yùn)輸、存儲(chǔ)時(shí)安全問題也受到質(zhì)疑，但氫氣的燃點(diǎn)為500℃，高于汽油的燃點(diǎn)427℃、煤油的燃點(diǎn)380℃和柴油的燃點(diǎn)220℃。即和汽、煤、柴油相比，氫氣更加不容易燃燒。
而內(nèi)部有銅質(zhì)支撐物的鋰電池，加熱超過250℃，導(dǎo)致電池核心崩潰，進(jìn)而讓銅質(zhì)支撐物融化，熱量迅速向外擴(kuò)散，造成“熱失控”（即所謂的爆炸或自燃）。
使用氫燃料電池的無人機(jī)/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
另外，氫燃料電池存儲(chǔ)在儲(chǔ)氫瓶中，該瓶由三層結(jié)構(gòu)組成，最內(nèi)層材料是高強(qiáng)度聚合物，中層是強(qiáng)化碳纖維和高強(qiáng)度聚合物的混合材料，外層是玻璃纖維和高強(qiáng)度聚合物的混合材料，總厚度25mm。它具有良好的防滲透性、強(qiáng)度和耐久性，受到嚴(yán)重撞擊時(shí)也不用擔(dān)心會(huì)發(fā)生破裂。從這個(gè)角度來看，氫燃料電池比鋰電池要安全。
我們知道，鋰電池能夠自燃，隨后會(huì)因?yàn)檫^熱而發(fā)生爆炸。產(chǎn)生過熱的原因包括電短路、快速放電、過度充電、制造缺陷、設(shè)計(jì)不良或機(jī)械損壞等等，過熱會(huì)導(dǎo)致“熱失控”過程的產(chǎn)生。
目前市場上大部分無人機(jī)電池是這樣的：
市場上常見的植保無人機(jī)電池/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
這一類電池的電源線接頭通常都是裸露的，在運(yùn)輸和存放過程中一旦接觸到金屬物品或者含有電解質(zhì)的農(nóng)藥化肥，就會(huì)發(fā)生短路，導(dǎo)致自燃。另外，普通鋰電池往往是簡易的塑料膜包裝，而鋰離子具有高度的化學(xué)活性，一旦電池包裝受外力沖擊破損，鋰離子就會(huì)泄露出來，在空氣中劇烈燃燒。
國內(nèi)也有植保機(jī)廠家對(duì)于電池安全看得很重的。據(jù)了解，2013年，極飛農(nóng)業(yè)在新疆做前期驗(yàn)證時(shí)，就將“電池安全”定義為植保無人機(jī)研發(fā)的三大重點(diǎn)之一，與之同時(shí)展開的還有“全自主飛行控制”和“精準(zhǔn)變量噴灑”的研發(fā)。
2015年，極飛智能電源管理系統(tǒng)問世，在經(jīng)過20000架次起降和超過3000小時(shí)不間斷充放電測(cè)試后。將旗下所有無人機(jī)產(chǎn)品中的電池，全部升級(jí)為“智能電池”。
同樣，最近兩年才涉足植保無人機(jī)領(lǐng)域的大疆在消費(fèi)級(jí)市場頗有經(jīng)驗(yàn)，沿用了其消費(fèi)級(jí)無人機(jī)的智能電池思路，其2016年11月發(fā)布的MG-1S也用上了智能電池。
鋰電池起火該怎么辦？
一旦某個(gè)電池單元進(jìn)入熱失控狀態(tài)，它會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量，使得相鄰的電池單元也進(jìn)入熱失控狀態(tài)。隨著每個(gè)電池單元輪流破裂并釋放其內(nèi)含物，就會(huì)產(chǎn)生一種反復(fù)燃燒的火焰。這就造成電池中的可燃性電解液發(fā)生泄漏，如果使用一次性鋰電池，則還會(huì)釋放可燃燒的鋰金屬。于是就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的問題，這些火災(zāi)不能像“正常”火災(zāi)一樣對(duì)待。
萬一因?yàn)椴僮鞑簧鲗?dǎo)致起火，該怎么辦呢？首先采用窒息法滅火，及時(shí)用防火毯蓋住電池或用干沙掩埋，立即遠(yuǎn)離起火電池，并疏散周邊人群，等到電池完全燃盡或者不再燃燒時(shí)再對(duì)其進(jìn)行處理，切記不能直接用水澆，鋰性活潑，遇水放熱，甚至可能繼續(xù)燃燒。
如果沒有專用防火毯或者一時(shí)找不到干沙，與燃燒物保持距離，等待其完全燃盡后再做處理，與此同時(shí)，燃燒會(huì)產(chǎn)生大量濃煙，處理時(shí)需要戴好口罩等安全防護(hù)措施，防止中毒。
另外，非專業(yè)人員切勿隨意拆裝電池，因?yàn)椴僮鞑划?dāng)容易損壞電路板，也有可能引發(fā)火災(zāi)。
戶外作業(yè)非常辛苦，在保障安全的前提下才能更好的完成作業(yè)任務(wù)，切記不要因?yàn)樘岣咝识诟邷叵逻^度使用植保無人機(jī)。
