簡述為何鋰電池在儲能密度上受到限制?
存兩年錢,買輛燃油車,不然以后連卡羅拉都買不到了,只能買電動車了。''
這樣類似的話,能夠經(jīng)常性在車迷口中聽到,在這個即將禁售燃油車的潮流中,可以聽出不少車迷對于燃油汽車的不舍,認(rèn)為內(nèi)燃機的轟鳴和帶有味道的尾氣才是一輛車所存在的靈魂。
隨著時代的變遷,內(nèi)燃機即將退出市場已經(jīng)是板上釘釘?shù)氖虑榱?,車輛的動力能源必然會遭遇革命,而被廠商所寄于極大希望的能源就是電能了,電動車必然會慢慢取代當(dāng)前燃油車在汽車市場上的主導(dǎo)地位。
為何目前市場上所推出的電動車沒辦法得到廣大消費者的認(rèn)可呢?
電能由于電池技術(shù)的瓶頸限制,無論是在車輛本身,還是在用車環(huán)境上,車輛的適用范圍被嚴(yán)重限制,因此電動車哪怕已經(jīng)在市場上活躍了將近十年時間,但是在普羅大眾的心目中始終是存在一定的隔閡。哪怕各大廠商給電動車賦予再多的噱頭,在更高級的智能化,在無法滿足各種基礎(chǔ)用車需求,一切都是空談。
誰能解決電池,誰就能改變世界。
這句話在能源領(lǐng)域上已經(jīng)流傳了將近二十年時間了,這也直接指出了各行各業(yè)中都沒辦法離開電池這個話題,也目前也無法解決電池所存在的瓶頸問題。
也許這個在研究領(lǐng)域上的話題離大家太遠(yuǎn)了,不過電池作為一個能夠日常影響日常生活的東西,電池由于沒法子跟得上目前科技進(jìn)步所帶來的需求,所形成的瓶頸卻能夠真實地感受到,例如電動汽車快充和續(xù)航問題,電子產(chǎn)品的續(xù)航問題等等,在將近二十年的時間中基本上沒有任何太大的進(jìn)展,基本上都是處于原地踏步的狀態(tài)。
在國內(nèi)知名的問答網(wǎng)站中,早在2011年4月28日就有人提出一個問題:手機電池技術(shù)未來幾年內(nèi)有沒有突破的可能?
這個問題可能是某個數(shù)碼愛好者因為厭倦了一日一充或者一日多充的生活而提出的問題,但是這個問題卻引來了相當(dāng)多的關(guān)注者,并有依照當(dāng)前的電池研究領(lǐng)域,市場環(huán)境以及對于未來發(fā)展進(jìn)程,有不少人給出了相當(dāng)詳細(xì)的解釋。
照理說,這個早在八年前所提出的問題,早就應(yīng)該沉了,但是實際上這個問題依舊是有著相當(dāng)高的關(guān)注熱度,并且每年都有不少回答者每年都定時打卡,希望有朝一日在電池領(lǐng)域上有所突破的時候,能夠第一時間給予題主一個全面的答案。
時至今日,電池的各種短板已經(jīng)成為了各個領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸,電池的影響已經(jīng)有電子產(chǎn)品身上延伸到生活中的方方面面。
隨著電池在日常生活中的應(yīng)用越來越多,由1995年鋰離子電池開始慢慢在市場上取得優(yōu)勢,在隨后的二十多年時間中,電池容量的需求源源不斷地上升,市場空間也不斷擴大,特別是隨著汽車的動力能源開始慢慢進(jìn)入電動化時代,對于電池的需求不斷上升,但是最為關(guān)鍵的就是目前世界上所生產(chǎn)的鋰離子電池儲能密度基本上已經(jīng)在2007年左右就出現(xiàn)了密度瓶頸,而現(xiàn)今所生產(chǎn)的鋰電池儲能密度相比起1995年僅僅翻了一倍,這個成績在未來的幾年時間中基本上沒辦法實現(xiàn)商用化,量產(chǎn)化的突破。
為何鋰電池在儲能密度上受到限制?
鋰電池本身是屬于一種電化學(xué)以及材料工業(yè)學(xué)的綜合產(chǎn)品,不同于電子設(shè)備有據(jù)可依,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,有摩爾定律可以作為參考依據(jù),可以慢慢將產(chǎn)品進(jìn)行小型化,電池的體積大小以及重量,往往需要考慮到其用途以及電池本身的容量。
在汽車身上電池的重量以及體積就不得不進(jìn)行考慮了,并且還需要根據(jù)不同種類的電池進(jìn)行取舍,如何均衡電池的充電速度,穩(wěn)定性,后期維護(hù)成本,續(xù)航能力,成本,重量,體積等等各方面條件進(jìn)行抉擇。
依照當(dāng)前人類對于元素周期表的研究,鋰作為元素周期表中最小的金屬元素,電子隨著鋰離子在電解液中來回穿梭,通過氧化還原反應(yīng)在正負(fù)極之間放電,而目前尚且沒有較好的材料能狗代替鋰成為電池的好材料。
當(dāng)前在電動汽車廠商在電池上的研究,除了考慮市場上一些電池廠商所提供電池總成解決儲能問題,還進(jìn)行開發(fā)其他形式的電池,例如當(dāng)前炒的沸沸揚揚的氫燃料電池,甚至一些廠商還考慮開發(fā)全新的微生物電池。不過這些電池開發(fā)起來并不比鋰電池的開發(fā)更加容易,就以氫燃料電池而言,碳?xì)浠衔餅榛A(chǔ)的燃料電池一直受催化劑的影響,氫氣就更麻煩,還要涉及儲氫問題,隨著新材料的慢慢出現(xiàn),應(yīng)用在電池上可能會有少許的驚喜出現(xiàn),但是想要有大的突破,并且能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)化,工業(yè)化,還是有著相當(dāng)一長的一段距離的。
全新的電動車除了在電池的形式和種類上需要創(chuàng)新,目前電動車可以通過增大電池容量提升續(xù)航,但是最關(guān)鍵的還是需要能夠有效解決電池的充電問題,如何能夠在短時間內(nèi)給車子充滿電,實現(xiàn)長距離續(xù)航,也是一個十分嚴(yán)苛的問題。
快充能夠根據(jù)加大充電電流提升充電速度,但是大電流隨著而來的就是對于電池管理系統(tǒng)的考驗以及對于電極的考驗,隨著大電流快充的應(yīng)用也會使得電池的壽命驟減以及充電過程中電池帶來極大的發(fā)熱量,突然增大其危險性。
在電池的快充也是最為考驗電池的電極,特別是對于汽車所用的高壓動力電池,動輒幾百伏的輸出,幾十安的大電流,電池正極極其容易產(chǎn)生電極的電解反應(yīng),使得電池壽命大大削減。
除了電池的壽命之外,還需要考慮電動車用車環(huán)境的完善問題,這些都有著相當(dāng)遠(yuǎn)的道路才能夠?qū)崿F(xiàn)電動車能夠徹底取代現(xiàn)有的燃油車。
















