探索改進電動汽車電池技術(shù)的方法

特斯拉Model S是電動汽車世界的新寵，但最近它連續(xù)引發(fā)了三起火災(包括60千瓦時和85千瓦時)，起火原因仍在調(diào)查中。

 

得益于新技術(shù)和輕質(zhì)材料，Model S的電池組可以在4.4秒內(nèi)加速到每小時60英里。也因為這些材料的逼真性，鋰電池在汽車上需要有全方位的保護方法。它的鋰電池組重500磅，安裝在汽車的底盤上，與軸距差不多寬，比軸距略短。電池組的實際物理尺寸為:長2.7米，寬1.5米，厚0.1-0.18米。0.18 m的較厚部分是由兩個電池模塊疊加造成的。這個物理比例是指整個電池組的大小，包括上下、左右、前后的包裝面板。電池組的結(jié)構(gòu)是一個總圖，除了18650型電池，其他合適的電池也可以安裝。此外，電池組采用密封方案，與空氣屏障，大部分材料是鋁或鋁合金。可以肯定的是，電池不僅是一個動力中心，也是Model S底盤的一部分，有一個堅固的外殼來支持車輛。

 

但它仍然著火了，這就是為什么研究人員需要加速開發(fā)一種用于電動汽車的新電池技術(shù)。

 

今年夏天，美國能源部的高級研究項目apra-e出資3600萬美元，幫助為下一代電池奠定堅實的基礎。其中包括22個技術(shù)項目，所有這些項目都旨在提高電動汽車的效率，降低其成本。

 

鎳氫電池:從混合動力汽車到純電動汽車

 

巴斯夫的化學工程師Michael Fetcenko是眾多電池研究人員中的一員，在apra-e的資助下，他們正試圖將用于混合動力汽車的鎳鋅電池技術(shù)推廣到純電動汽車上。

 

一般來說，鎳氫電池的能量密度為1千瓦時/公斤。要將它們用于純電動汽車，巴斯夫必須將鎳氫電池的能量密度提高到30-50千瓦時/公斤。運行成功的關(guān)鍵是將鎳氫電池的能量密度提高到所需值，降低成本。

 

結(jié)束這一政策的一個方法可能是替換電池中所需的稀土元素。稀土元素是一個總稱。其中稀土元素有17種。稀土元素之所以被稱為稀土元素，并不是因為儲量小，而是因為它們主要存在于礦山中，開發(fā)過程會耗費大量資金。在傳統(tǒng)的鎳氫電池中，超過50%的能量是由稀土元素的反應產(chǎn)生的。然而，這類元素的儲量很差。

 

為了解決這個問題，basf試驗使用低成本的金屬氫化物合金。菲岑科教授認為，這種材料可以改善鎳氫電池的化學性質(zhì)，降低成本。但就純電動汽車而言，提高鎳金屬氫化物電池的化學性能不足以取代鋰電池。鋰電池還有一個重要特點:重量輕，密度小。

 

鋅空氣電池:從助聽器到汽車

 

加利福尼亞的EnZinc公司認為鋅空氣電池將引領下一代電動汽車電池技術(shù)的發(fā)展。領導該公司研究團隊的邁克爾·伯茲(Michael Burz)表示，下一代電動汽車電池應該由三部分組成:高性能、安全性和低成本。他和他的團隊正試圖改變電池的布局，做到這三件事。

 

他指出，電池的結(jié)構(gòu)已經(jīng)有100多年沒有改變了，人們?nèi)匀粵]有跳出固有的思維模式。電池結(jié)構(gòu)由三個元素組成:正極、負極和電解質(zhì)。正極釋放電子，負極接受電子。陽極和陰極由電解質(zhì)隔開，電解質(zhì)作為離子自由運動的介質(zhì)。

 

在鋰離子電池中，鋰離子從鋰氧化物正極移動到碳基復合負極，并使用有機電解質(zhì)。另一方面，鋅空氣電池在正極使用碳來吸收空氣中的氧氣，在負極使用鋅合金?？偟膩碚f，鋅仍然是一種良性物質(zhì)，它在電池中的副產(chǎn)品是氧化鋅，而氧化鋅是防曬霜的主要成分。

 

通過以上方法，鋅空氣電池可以完成高效、低成本和安全三大特點。