鋰電池替代鉛酸電池的主要障礙在哪里你知道嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-31 10:43
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鋰電池性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)并不突出。據(jù)眾多經(jīng)銷(xiāo)鋰電車(chē)的經(jīng)銷(xiāo)商反映：采用國(guó)產(chǎn)鋰電池的電動(dòng)車(chē)，返修率居高不下。國(guó)內(nèi)實(shí)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(lái)的鋰電池其返修率竟然低到5%，高到13%左右的差距，價(jià)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(jīng)無(wú)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(méi)有多大的優(yōu)勢(shì)，其使用達(dá)到2年以上，電池的衰減程度已經(jīng)無(wú)法滿足行駛長(zhǎng)距離的要求。
返修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)嚴(yán)重制約了消費(fèi)者的使用。一旦出現(xiàn)鋰電池的故障進(jìn)行返修，時(shí)間長(zhǎng)則一個(gè)星期左右，甚至有的更長(zhǎng)，讓消費(fèi)者等待得不耐煩，失去了使用的信心。其原因是，經(jīng)銷(xiāo)商無(wú)法維修或更換鋰電池內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題的電芯，一定要通過(guò)快遞運(yùn)送到制造企業(yè)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)備來(lái)進(jìn)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(guān)鍵之一。
鋰電池過(guò)于“嬌貴”，無(wú)法像鉛酸電池那樣經(jīng)得起折騰。鋰電車(chē)在使用過(guò)程中，經(jīng)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(huì)產(chǎn)生燃燒與爆炸；鋰電池對(duì)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(lái)充電，一旦電流過(guò)大，擊穿鋰電池內(nèi)的保護(hù)板就有可能產(chǎn)生導(dǎo)致燃燒甚至爆炸。
由于鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，大量的低端鋰電池沖擊著市場(chǎng)，使得經(jīng)銷(xiāo)商對(duì)鋰電車(chē)企業(yè)的選擇格外的小心謹(jǐn)慎，弄不好哪家制造企業(yè)一年半載之后就關(guān)門(mén)跑路，采購(gòu)進(jìn)來(lái)的鋰電車(chē)就要讓經(jīng)銷(xiāo)商全部兜著處理了。由此可見(jiàn)，鋰電池要實(shí)現(xiàn)替代鉛酸電池，如果不改變上述的問(wèn)題，再過(guò)五年恐怕也很難。
總的來(lái)看電池有三種主要類(lèi)型，一是化學(xué)電池，二是物理電池，三是生物電池?；瘜W(xué)電池我們一會(huì)兒再說(shuō)，先簡(jiǎn)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(huì)產(chǎn)生電流的物質(zhì)，將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，比如太陽(yáng)能電池就是典型的光電池。還有溫差電池，它可以將物質(zhì)的溫差轉(zhuǎn)化為電能。還有原子能電池，它可以利用放射性物質(zhì)放出的射線來(lái)獲得電能，所以壽命很長(zhǎng)，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(guò)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(xué)反應(yīng)，從而獲得電能。二是微生物電池，其原理是利用微生物進(jìn)行與酶電池同樣的反應(yīng)。
溫差電池
而至于目前在電池家族中挑大梁的化學(xué)電池，我們可以將其分為兩類(lèi)，一類(lèi)是沒(méi)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(fù)極分別為鋅、鋅和鋰。另一類(lèi)是沒(méi)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(jī)、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(fù)極分別為鉛、鎘、儲(chǔ)氫合金和石墨。
除了這兩大類(lèi)之外，化學(xué)電池中還有一個(gè)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(yīng)從而產(chǎn)生電。比如說(shuō)如果以氫為燃料，那么就會(huì)發(fā)生與水的電解相反的反應(yīng)從而產(chǎn)生電，而且氫燃料電池的反應(yīng)產(chǎn)物只有水，所以對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。
物理電池、生物電池與燃料電池產(chǎn)生電的原理不難理解，那么傳統(tǒng)的化學(xué)電池究竟是怎么產(chǎn)生電的呢？
簡(jiǎn)單來(lái)看，化學(xué)電池是一種通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的裝置。氧化反應(yīng)釋放電子，而還原反應(yīng)得到電子，這兩種反應(yīng)分別在不同的場(chǎng)合進(jìn)行，如果將它們用導(dǎo)線連接起來(lái)，導(dǎo)線中就產(chǎn)生了電子的流動(dòng)，也就是產(chǎn)生了電流。為了促使各個(gè)反應(yīng)分別在正極和負(fù)極發(fā)生，在它們周?chē)嬖谥?ldquo;電解質(zhì)”。另外，在實(shí)際的電池中，為了防止正負(fù)極相連發(fā)生短路，正極和負(fù)極是用絕緣的分隔裝置分隔開(kāi)的。
電池原理
知道了這一簡(jiǎn)單的原理，我們?cè)诩抑芯涂梢灾谱鞒鲆粋€(gè)簡(jiǎn)易的電池。找一片銅片和一片鋁片，在它們中間夾進(jìn)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(dǎo)線連接起來(lái)。此時(shí)，鋁從鋁片上溶解進(jìn)鹽水，并將電子釋放在導(dǎo)線上，而銅片則從導(dǎo)線處獲得電子，這樣就在導(dǎo)線上形成了微弱的電流。這種電池的負(fù)極是鋁片，正極是銅片，鹽水便是電解質(zhì)。
我們知道，不同的化學(xué)電池有著不同的電壓，那么其原因何在呢？這是因?yàn)?，易于釋放電子或者易于獲得電子，其難易程度隨著物質(zhì)的不同而不同。而電池的電壓正是由各種物質(zhì)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(zhì)，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(zhì)可以做電池的負(fù)極。而容易獲得電子的物質(zhì)，按容易程度從高到低包括金、鉑、銀、汞、銅等，所以這些物質(zhì)可以做電池的正極。正負(fù)極金屬的離子化傾向差別越大，就越有大量的電子同時(shí)移動(dòng)，也就能制造出電壓越高的電池。
說(shuō)起電池的歷史，可以追溯到1800年意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明的伏打電池。后來(lái)，1888年德國(guó)人卡爾-加斯納發(fā)明了干電池，自此，電池才得以開(kāi)始廣泛應(yīng)用。而在此之前，電池中使用液體電解質(zhì)，攜帶起來(lái)十分不方便。加斯納把石膏的粉末混入液體之中，這樣液體就不會(huì)流出來(lái)了?，F(xiàn)在我們常見(jiàn)的干電池是鋅錳干電池和堿性干電池。這兩種電池的相同之處在于它們的電極都是用了鋅和二氧化錳。所以，這兩種電池的電壓都是1.5V。不過(guò)，堿性干電池將負(fù)極上的鋅加工成了糊狀，這就大大增加了負(fù)極的表面積，所以可以進(jìn)行大電流放電，從而提高電池的性能。另外，堿性干電池的電解液里使用的是比較容易導(dǎo)電的堿性溶液，所以，相比于鋅錳干電池，堿性干電池的特征就是可以高效地產(chǎn)生電流，并且電壓下降得比較緩慢。如此一來(lái)，即便兩種電池使用的是同一種材料，它們的性能也會(huì)隨著電極形狀和配置的不同而存在著很大的差別。
