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為什么鋰電池不能替代鉛酸電池?

來源:寶鄂實業(yè)    2019-04-14 12:10    點擊量:
與鉛酸電池相比,鋰電池的能量密度高、壽命長、體積小、重量輕等優(yōu)點,被人們寄予替代鉛酸電池的厚望。三年前,有業(yè)內專家預測,在制造電動車領域,鋰電池在2015年可以替代大約20%的鉛酸電池,五年內可以實現(xiàn)大約替代30%的鉛酸電池。然而時值今日,鋰電池實際替代鉛酸電池不到10%,而未來兩年內要實現(xiàn)目標看來是非常的艱難。據(jù)最近行業(yè)協(xié)會領導預測的數(shù)據(jù)顯示:今年鋰電車的銷量約300萬輛,而整個電動車產銷量約3200萬輛。那么鋰電池替代鉛酸電池的主要障礙在哪里?
 
 
 
鋰電池性價比優(yōu)勢并不突出。據(jù)眾多經銷鋰電車的經銷商反映:采用國產鋰電池的電動車,返修率居高不下。國內實力雄厚的鋰電池企業(yè)與一般的中小鋰電池企業(yè)(pack)工廠制造出來的鋰電池其返修率竟然低到5%,高到13%左右的差距,價格十分的懸殊:以錳系材料的48V12Ah約500元/組左右,鎳鈷錳三元材料的鋰電池48V12Ah約650元/組左右。但是pack鋰電池48V12Ah只有約320元/組左右。但是這種pack鋰電池使用不到一年,電池容量大大衰減,已經無法再使用。而錳系材料和三元材料的鋰電池與鉛酸相比,除了體積小與重量輕之外,其余并沒有多大的優(yōu)勢,其使用達到2年以上,電池的衰減程度已經無法滿足行駛長距離的要求。
 
 
 
返修時間過長嚴重制約了消費者的使用。一旦出現(xiàn)鋰電池的故障進行返修,時間長則一個星期左右,甚至有的更長,讓消費者等待得不耐煩,失去了使用的信心。其原因是,經銷商無法維修或更換鋰電池內部出現(xiàn)問題的電芯,一定要通過快遞運送到制造企業(yè),通過專業(yè)設備來進行電池的維修。這是制約鋰電池大規(guī)模替代鉛酸電池的關鍵之一。
 
 
 
鋰電池過于“嬌貴”,無法像鉛酸電池那樣經得起折騰。鋰電車在使用過程中,經不起摔扔撞擊,一旦鋰電池遭到刺穿,或者劇烈撞擊把鋰電池摔壞,鋰電池就有可能會產生燃燒與爆炸;鋰電池對充電器的要求很高,不能像鉛酸電池那樣隨便用馬路邊的投幣充電器來充電,一旦電流過大,擊穿鋰電池內的保護板就有可能產生導致燃燒甚至爆炸。
 
 
 
由于鋰電池產品質量良莠不齊,大量的低端鋰電池沖擊著市場,使得經銷商對鋰電車企業(yè)的選擇格外的小心謹慎,弄不好哪家制造企業(yè)一年半載之后就關門跑路,采購進來的鋰電車就要讓經銷商全部兜著處理了。由此可見,鋰電池要實現(xiàn)替代鉛酸電池,如果不改變上述的問題,再過五年恐怕也很難。
總的來看電池有三種主要類型,一是化學電池,二是物理電池,三是生物電池?;瘜W電池我們一會兒再說,先簡單看一下物理電池和生物電池。物理電池包括光電池,也就是利用光照后就會產生電流的物質,將光能轉化為電能的裝置,比如太陽能電池就是典型的光電池。還有溫差電池,它可以將物質的溫差轉化為電能。還有原子能電池,它可以利用放射性物質放出的射線來獲得電能,所以壽命很長,多裝載于人造衛(wèi)星之上。生物電池目前主要包括兩種,一是酶生物燃料電池,它的原理是通過使用酶這一催化劑,在室溫下,使氫氣、甲醇、葡萄糖等材料,與氧氣發(fā)生化學反應,從而獲得電能。二是微生物電池,其原理是利用微生物進行與酶電池同樣的反應。
 
 
 
溫差電池
 
而至于目前在電池家族中挑大梁的化學電池,我們可以將其分為兩類,一類是沒電了就扔的一次性電池,代表是鋅錳干電池、堿性干電池和鋰電池。這三種電池的正極都是二氧化錳,而負極分別為鋅、鋅和鋰。另一類是沒電了再充電的二次電池,代表是鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池,還有我們手機、電腦里使用的鋰離子電池。這四種電池的正極分別為二氧化鉛、氫氧化鎳、氫氧化鎳和鈷酸鋰,而負極分別為鉛、鎘、儲氫合金和石墨。
 
 
 
除了這兩大類之外,化學電池中還有一個特殊的存在,這便是燃料電池,其原理是利用氫等燃料與氧反應從而產生電。比如說如果以氫為燃料,那么就會發(fā)生與水的電解相反的反應從而產生電,而且氫燃料電池的反應產物只有水,所以對環(huán)境沒有污染。
 
 
 
物理電池、生物電池與燃料電池產生電的原理不難理解,那么傳統(tǒng)的化學電池究竟是怎么產生電的呢?
 
 
 
簡單來看,化學電池是一種通過化學反應產生電的裝置。氧化反應釋放電子,而還原反應得到電子,這兩種反應分別在不同的場合進行,如果將它們用導線連接起來,導線中就產生了電子的流動,也就是產生了電流。為了促使各個反應分別在正極和負極發(fā)生,在它們周圍存在著“電解質”。另外,在實際的電池中,為了防止正負極相連發(fā)生短路,正極和負極是用絕緣的分隔裝置分隔開的。
 
 
 
電池原理
 
知道了這一簡單的原理,我們在家中就可以制作出一個簡易的電池。找一片銅片和一片鋁片,在它們中間夾進去幾張滲入鹽水的餐巾紙,最好把餐巾紙折疊幾層。然后把銅片和鋁片用導線連接起來。此時,鋁從鋁片上溶解進鹽水,并將電子釋放在導線上,而銅片則從導線處獲得電子,這樣就在導線上形成了微弱的電流。這種電池的負極是鋁片,正極是銅片,鹽水便是電解質。
 
 
 
我們知道,不同的化學電池有著不同的電壓,那么其原因何在呢?這是因為,易于釋放電子或者易于獲得電子,其難易程度隨著物質的不同而不同。而電池的電壓正是由各種物質電子釋放的難易程度和獲得的難易程度所決定的。容易釋放電子的物質,按容易程度從高到低包括鋰、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅等,所以這些物質可以做電池的負極。而容易獲得電子的物質,按容易程度從高到低包括金、鉑、銀、汞、銅等,所以這些物質可以做電池的正極。正負極金屬的離子化傾向差別越大,就越有大量的電子同時移動,也就能制造出電壓越高的電池。
 

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