電池革命鋅鋰之爭(zhēng)無(wú)趣，混用才是王道？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-07 16:38
點(diǎn)擊量：次
日前，工信部批復(fù)了《電動(dòng)汽車(chē)用鋅空氣電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，其中對(duì)鋅空氣電池的要求、試驗(yàn)方法等諸多方面均作了明確規(guī)定，最終標(biāo)準(zhǔn)則有望于11月正式出爐。
早在去年6月，由電動(dòng)車(chē)輛分標(biāo)委組織起草的汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車(chē)用鋅空氣電池》，就已完成征求意見(jiàn)稿。而在經(jīng)過(guò)了一年多對(duì)鋅空氣電池標(biāo)準(zhǔn)的繼續(xù)深入研究和完善之后，此次批復(fù)無(wú)疑宣布鋅空氣電池在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的規(guī)范化應(yīng)用，進(jìn)入到了最后的讀秒階段。
以氫氧為“食”綠色安全
從2011年國(guó)內(nèi)首輛鋅空氣電動(dòng)公交車(chē)正式下線，到2012年在武漢實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，再到如今首個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即將正式實(shí)施，短短三年時(shí)間，鋅空氣電池可謂實(shí)現(xiàn)了三級(jí)跳，一下從人們的認(rèn)知邊緣走向了新能源汽車(chē)的實(shí)用前沿。
不過(guò)，不少人對(duì)鋅空氣電池的概念還是感到陌生。所謂鋅空氣電池(zincairbattery)，又稱(chēng)鋅氧電池，主要是利用活性炭吸附空氣中的氧或純氧，來(lái)作為正極活性物質(zhì)；而以鋅作為負(fù)極，以氯化銨或苛性堿溶液作為為電解質(zhì)的一種原電池。
事實(shí)上，鋅空氣電池的發(fā)明已有100多年的歷史，最早是應(yīng)用于鐵路信號(hào)燈等電源之上。與傳統(tǒng)電池相比，鋅空氣電池最大的特點(diǎn)就是綠色環(huán)保。由于電池工作過(guò)程中，負(fù)極上的鋅僅與電解液中的OH-和空氣中的氧氣相接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以在整個(gè)放電過(guò)程中，并不會(huì)產(chǎn)生任何污染大氣的物質(zhì)。
此外，鋅空氣電池還以能量密度著稱(chēng)，其每公斤發(fā)電量能夠達(dá)到0.3KWH，較鋰電池高出一倍。也就是說(shuō)，雖然重量只有鋰電池的一半，但鋅空氣電池的續(xù)航里程卻是鋰電池的兩倍之多，且蓄電量的增大，也不會(huì)使鋅空氣電池更易爆炸。而由于僅使用空氣中的氧及價(jià)格相對(duì)低廉的鋅，鋅空氣電池的成本也降了下來(lái)，據(jù)悉其量產(chǎn)后的售價(jià)僅為鋰電池的1/3。
以國(guó)內(nèi)首個(gè)鋅空氣電動(dòng)公交車(chē)為例，每充一次電大概可行駛約300公里，最高時(shí)速可達(dá)每小時(shí)80公里。因此有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，鋅空氣電池可以被稱(chēng)為真正意義上的可循環(huán)使用的、清潔無(wú)污染的化學(xué)電源。
“一次性”和“動(dòng)力低”成硬傷
如此綠色、高效、安全、低價(jià)的鋅空氣電池，為何遲遲沒(méi)有在市場(chǎng)上露面呢？
按理說(shuō)，早在100多年前就已出現(xiàn)的鋅空氣電池，即便是當(dāng)時(shí)技術(shù)不達(dá)標(biāo)，但只要研發(fā)能夠得以延續(xù)，應(yīng)該不會(huì)被后來(lái)的鉛酸電池、鎳鉻電池，亦或現(xiàn)在的鋰電池所取代。之所以出現(xiàn)如今鋰電池一統(tǒng)天下的局面，鋅空氣電池確實(shí)有著自己的硬傷。而這一致命缺陷就是不可充電，即鋅空氣電池屬于一次性電池。雖然也有企業(yè)研發(fā)過(guò)可充放的鋅電池，但極為有限的充放電次數(shù)，與其他電池相比，顯然滿足不了市場(chǎng)需求。
不少業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，如今人們提到的鋅空氣電池并不是真正意義上的充電電池，而是需要定期更換材料（鋅）才能維持運(yùn)行。就像傳統(tǒng)燃油車(chē)需要加油一樣，一旦不能提供原料鋅，就不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，儲(chǔ)能、放電也就無(wú)從談起。
除了空氣和金屬鋅，鋅空氣電池還需要其他微量元素參與化學(xué)反應(yīng)，而這些微量元素的價(jià)格也都不低。因此雖然原料的價(jià)格是省下了，但從電池組投入應(yīng)用的整體產(chǎn)出來(lái)看，鋅空氣電池的性價(jià)比并沒(méi)有想象中的那么高。
雖然在諸多種類(lèi)的金屬空氣電池中，只有鋅空氣電池得到實(shí)用，但動(dòng)力技術(shù)上的瓶頸一直制約著其真正投入實(shí)際應(yīng)用，比功率是其中之一。實(shí)際上，“比功率”就是用來(lái)衡量一輛車(chē)瞬間爆發(fā)力的。據(jù)悉，鋅空氣電池的比功率很低，最高時(shí)速只能達(dá)到80公里，連完成加速和爬坡等動(dòng)作都比較吃力，更談不上規(guī)模化應(yīng)用于轎車(chē)上了。這也就是長(zhǎng)久以來(lái)，人們?yōu)楹沃粫?huì)在助聽(tīng)器等小型器件中看到鋅空氣電池身影的原因。
電池“混用”或是良策
那么，是不是鋅空氣電池即便規(guī)模化投產(chǎn)，也不會(huì)有太大用武之地呢？
雖然目前新能源汽車(chē)主要的動(dòng)力源還是由鋰電池把控，但續(xù)航能力差、充電時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，一直都是消費(fèi)者吐槽的焦點(diǎn)。新能源車(chē)充電要十幾甚至二十幾個(gè)小時(shí)，充滿電后跑不長(zhǎng)，無(wú)法讓用車(chē)者滿意。
而鋰電池的缺陷，恰恰可以由鋅空氣電池來(lái)彌補(bǔ)。據(jù)悉，如今有相關(guān)部門(mén)在研發(fā)中，車(chē)輛能夠根據(jù)實(shí)際路況和車(chē)速，靈活采用不同的電池組合加以應(yīng)對(duì)。如果車(chē)輛以30至40公里每小時(shí)的速度行駛在路況較好的路面時(shí)，就使用鋅空氣電池；而碰到爬坡上坎的路面時(shí)，就切換到鋰電池提供電力。
毫無(wú)疑問(wèn)，在如今政府新一輪新能源汽車(chē)優(yōu)惠政策的影響下，新能源車(chē)的普及也只是時(shí)間問(wèn)題。而與之應(yīng)用息息相關(guān)的電池行業(yè)，其發(fā)展也會(huì)隨之相應(yīng)提速。以鋰電池為代表的特斯拉，已開(kāi)始準(zhǔn)備以石墨烯為材料進(jìn)行供電研發(fā)。時(shí)下已走入正軌的鋅空氣電池，從突破技術(shù)瓶頸到規(guī)?；瘧?yīng)用也會(huì)在不久的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。
鋰電池“鬧”材料革命 石墨烯升勢(shì)再起
日前，特斯拉CEO馬斯克在接受英國(guó)汽車(chē)雜志采訪時(shí)表示，目前正在研究高性能鋰電池，特斯拉汽車(chē)很快將能行駛805公里，相比目前增長(zhǎng)近70%。特斯拉對(duì)電池技術(shù)的革新，將引發(fā)市場(chǎng)對(duì)提升鋰電池能量密度材料的關(guān)注。石墨烯具有高導(dǎo)電性和良好的柔韌性，是柔性儲(chǔ)能器件的理想候選材料之一。目前國(guó)內(nèi)高校和研究機(jī)構(gòu)已進(jìn)行石墨烯材料的研究工作，部分企業(yè)開(kāi)始推進(jìn)石墨烯負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
對(duì)此，分析人士預(yù)計(jì)，石墨烯是一種由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布并相互連接而成的碳分子，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。石墨烯屬于新型材料，是已知材料中最薄的一種。由于它的電阻率低，電子遷移的速度極快，表面積大和電性能良好，被科學(xué)家認(rèn)為是鋰離子電池的理想電極材料。隨著石墨烯技術(shù)的突飛猛進(jìn)，石墨烯的特性將提升鋰電池的能量密度，進(jìn)而解決電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程問(wèn)題。在此背景之下，相關(guān)概念股有望受到市場(chǎng)資金的熱捧。
受上述消息刺激下，在21只石墨烯概念股中，昨日股價(jià)實(shí)現(xiàn)上漲的個(gè)股有11只，其中，中泰化學(xué)盤(pán)中強(qiáng)勢(shì)漲停，西藏城投（4.11%）、樂(lè)通股份（3.67%）、金路集團(tuán)（2.75%）、中超電纜（2.48%）、康得新（2.25%）、力合股份（1.85%）、悅達(dá)投資（1.73%）和華麗家族（1.33%）等個(gè)股昨日漲幅也顯著。
資金流向方面，昨日，板塊內(nèi)共有7只概念股實(shí)現(xiàn)大單資金凈流入，累計(jì)吸金21883.37萬(wàn)元。它們分別為：西藏城投（6777.43萬(wàn)元）、中泰化學(xué)（6475.26萬(wàn)元）、康得新（4826.05萬(wàn)元）、華麗家族（1526.74萬(wàn)元）、樂(lè)通股份（1523.40萬(wàn)元）、中超電纜（667.07萬(wàn)元）和金路集團(tuán)（87.42萬(wàn)元）。
值得注意的是，石墨烯具有高導(dǎo)電性、高韌度、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，在電子、航天軍工、新能源、新材料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。研究證明，將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中，可以大幅度提高負(fù)極材料的電容量和大倍率充放電性能。石墨烯可阻止復(fù)合材料中納米粒子的團(tuán)聚，緩解充放電過(guò)程中的體積效應(yīng)，延長(zhǎng)材料的循環(huán)壽命。粒子在石墨烯表面的附著，可減少材料形成SEI膜過(guò)程中與電解質(zhì)反應(yīng)的能量損失。
國(guó)內(nèi)目前并沒(méi)有上市公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)生產(chǎn)石墨烯。只有幾家生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品的公司正在進(jìn)行石墨烯產(chǎn)品的研制，目前都沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)的能力。方大炭素是世界第三大的炭素制品生產(chǎn)供應(yīng)商，目前已經(jīng)具備了9000噸特種石墨的生產(chǎn)能力。作為國(guó)內(nèi)最大的炭素制品生產(chǎn)企業(yè)，在產(chǎn)品研發(fā)和規(guī)模量產(chǎn)上都具有優(yōu)勢(shì)，特別是在特種石墨產(chǎn)品的研發(fā)上具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
此外，深圳貝特瑞作為國(guó)內(nèi)最大的鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)商，在負(fù)極材料技術(shù)方面擁有較強(qiáng)的實(shí)力，公司目前的石墨烯已經(jīng)少量試產(chǎn)，未來(lái)一旦運(yùn)用到負(fù)極材料中，將提升其性能，對(duì)其主營(yíng)業(yè)務(wù)也有極大的促進(jìn)。
目前，中泰化學(xué)參股的廈門(mén)凱納官網(wǎng)顯示，該公司的石墨烯微片因其優(yōu)秀的電導(dǎo)和機(jī)械性能可用在新一代電動(dòng)汽車(chē)的電池開(kāi)發(fā)上。目前中泰化學(xué)研發(fā)人員已進(jìn)駐廈門(mén)凱納，共同推進(jìn)石墨烯與PVC聚合相關(guān)試驗(yàn)。
石墨烯獲歐盟提振 為何能取代鋰電池？
歐盟委員會(huì)于6月23日宣布，歐洲最大的研發(fā)計(jì)劃之一的石墨烯旗艦項(xiàng)目規(guī)模將增長(zhǎng)一倍，將有66家新的合作伙伴獲邀加入，歐洲石墨烯的科研實(shí)力將得到加強(qiáng)。
據(jù)悉，上述新增的66家合作伙伴來(lái)自19個(gè)國(guó)家，其中白俄羅斯、保加利亞、捷克、愛(ài)沙尼亞、匈牙利和以色列是第一次加入該項(xiàng)目。值得注意的是，新增合作伙伴中超過(guò)三分之一是中小型企業(yè)，顯示出市場(chǎng)對(duì)石墨烯的興趣不斷增加。
公開(kāi)資料顯示，作為最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料，石墨烯可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器及太陽(yáng)能電池等儲(chǔ)能產(chǎn)品中。
但上述人士表示，盡管目前國(guó)內(nèi)石墨烯研發(fā)技術(shù)已經(jīng)能夠做到部分產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，但由于成本過(guò)高，市場(chǎng)需求不被看好，因此遲遲未有企業(yè)真正投產(chǎn)。“眼下要讓石墨烯真正進(jìn)入電池領(lǐng)域，降低成本是關(guān)鍵。”
