可超快充電的鋁離子電池工作原理是什么？燃料電池好還是純電動(dòng)好？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-14 16:08
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面對(duì)全球暖化的危脅下，各國(guó)政府及企業(yè)都一直在談?dòng)懠把邪l(fā)可持續(xù)的工業(yè)產(chǎn)品。而最近臺(tái)灣就有研究院成功的研發(fā)出以下即安全又快速的“充電池”，而這項(xiàng)成就更得到美國(guó)的“愛迪生發(fā)明獎(jiǎng)”。
超快可充電鋁離子電池
超快可充電鋁離子電池由鋁陽(yáng)極和石墨陰極組成.。工程研究院和斯坦福大學(xué)的研究人員利用石墨的層狀結(jié)構(gòu)，允許氯鋁酸鹽陰離子進(jìn)行插層和脫層反應(yīng)。
此外，他們打開石墨(即石墨化泡沫)的結(jié)構(gòu)，以加快電池的充放電反應(yīng)。其結(jié)果是，電池具有很好的耐用性，因?yàn)樗梢猿惺?0000次充放電循環(huán)，而不產(chǎn)生容量衰減，并且可以在一分鐘內(nèi)充電。
研制超快可充電鋁離子電池取得了三大突破：1.發(fā)現(xiàn)鋁石墨作為電池電池的完美組合；2.電池整體柔軟如紙，可批量生產(chǎn)各種要求和產(chǎn)品屬性；3.即使受到外力的損壞，也能使電池安全的穩(wěn)定性和耐久性。
這一突破性的電池技術(shù)將與傳統(tǒng)的鉛酸電池競(jìng)爭(zhēng)，將其應(yīng)用于大型儲(chǔ)能設(shè)備、輕型電動(dòng)滑板車和摩托車上。除了小型智能設(shè)備外，鋁離子電池還可用于在電網(wǎng)、電動(dòng)摩托車和自行車中存儲(chǔ)可再生能源。
研究成果已發(fā)表在“自然”雜志上。
工研院和斯坦福大學(xué)合作開發(fā)了一種超快可充電鋁離子電池，這項(xiàng)研究成果已發(fā)表在“自然”雜志上。
電池薄如紙般柔軟，易于批量生產(chǎn)。
自然教育一直受到西方國(guó)家的重視，這也是我國(guó)目前正積極推動(dòng)的方向之一。了解自然保護(hù)首先要從教育著手，從認(rèn)知走向科學(xué)。
關(guān)于新能源車的發(fā)展方向，從理論上來(lái)講，燃料電池無(wú)疑是眼下我們能夠看到的幾種技術(shù)中最具技術(shù)發(fā)展前景的。因?yàn)椴粌H僅是汽車，燃料電池這種全新的能源轉(zhuǎn)換方式還在發(fā)電領(lǐng)域有所建樹。但是，從最近幾大汽車主流消費(fèi)國(guó)的新能源車發(fā)展上來(lái)看，似乎除了日本之外，插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)車開始呈現(xiàn)出要在未來(lái)主導(dǎo)新能源市場(chǎng)的趨勢(shì)。從上世紀(jì)開始，汽車產(chǎn)業(yè)就已經(jīng)不再是某個(gè)國(guó)家就可以獨(dú)立發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，全球化標(biāo)準(zhǔn)的制定將在很大程度上成為主導(dǎo)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)向。特別是對(duì)于新能源汽車而言，全球性的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)將成為主導(dǎo)未來(lái)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大變數(shù)。
在內(nèi)燃機(jī)時(shí)代，加油接口都是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以無(wú)論各個(gè)派系質(zhì)檢的動(dòng)力系統(tǒng)如何變化，終歸都是要回歸到加油口這個(gè)地方來(lái)的。但是在新能源時(shí)代，傳統(tǒng)的加油接口將被新的能源補(bǔ)充方式所取代。眼下正是新能源動(dòng)力技術(shù)變革的初期，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)制定前各種新能源動(dòng)力技術(shù)呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢(shì)。僅從大的分類來(lái)看目前就存在著插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池這么幾種，如果再細(xì)化到單一電動(dòng)技術(shù)中，也同樣存在著充電接口的不同，充電電壓的不同，充電形式的不同。百花齊放的年代往往就是競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的年代，未來(lái)的新能源動(dòng)力技術(shù)將使用何種形式的接口作為標(biāo)準(zhǔn)就是這一場(chǎng)競(jìng)賽中唯一的裁判。換句話說(shuō)，眼下的新能源市場(chǎng)爭(zhēng)奪實(shí)際上就是接口標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)的爭(zhēng)奪。
從現(xiàn)在新能源動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展方向來(lái)看，目前國(guó)際上存在著兩個(gè)截然不同的陣營(yíng)，一是以中國(guó)和歐洲為代表的電動(dòng)車陣營(yíng)，中國(guó)和德國(guó)政府甚至還就電動(dòng)車充電接口的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題達(dá)成了統(tǒng)一，這可以看作是雙方政府對(duì)于新能源發(fā)展方向的一次肯定。在產(chǎn)品方面，攪局者特斯拉的出現(xiàn)讓新能源動(dòng)力成為了時(shí)尚的潮流。另一個(gè)陣營(yíng)則是以日本和韓國(guó)為代表的燃料電池陣營(yíng)，日本國(guó)內(nèi)在完成了混合動(dòng)力的普及之后，將未來(lái)新能源車發(fā)展的道路鎖定在了更具有先進(jìn)性的燃料電池領(lǐng)域，目前豐田旗下的首款燃料電池車Mirai已經(jīng)正式發(fā)布，成為目前市場(chǎng)上首款大批量投產(chǎn)的燃料電池車型。韓國(guó)則以現(xiàn)代汽車為代表投放了燃料電池版的ix35進(jìn)入市場(chǎng)。
關(guān)于燃料電池的工作原理，筆者已經(jīng)多次撰文進(jìn)行了解釋，所以在這里就簡(jiǎn)單的啰嗦兩句。燃料電池的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是氫燃料在燃料電池的陽(yáng)極板，也就是負(fù)極，經(jīng)過(guò)催化層的作用，將氫原子的一個(gè)電子分離出來(lái)。然后失去電子的氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)燃料電池的陰極板，也就是正極。游離后的電子不能并通過(guò)質(zhì)子交換膜，所以就只能經(jīng)過(guò)外部的通路到達(dá)陰極板與氫離子重新結(jié)合，在電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中自然就在外電路產(chǎn)生電流。而這個(gè)電流經(jīng)過(guò)逆變器以及控制器等裝置之后，就能夠到達(dá)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)能。到達(dá)陰極板之后的電子又與在那里的氫離子和氧原子重新結(jié)合為水。從這個(gè)簡(jiǎn)單的原理中我們不難看到，要驅(qū)動(dòng)燃料電池車運(yùn)行，我們只需要補(bǔ)充氫能源就好。
電動(dòng)動(dòng)力的原理則相對(duì)簡(jiǎn)單，以高能量密度的電池組作為動(dòng)力源向電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電池組通過(guò)外接的充電方式進(jìn)行能源補(bǔ)給。不同的電動(dòng)車根據(jù)技術(shù)方向的不同采用的電池組結(jié)構(gòu)形式也不同，不過(guò)充電的大致原理都大同小異。在外接電源的作用下陰極的原子電離成離子和電子，離子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)與電子重新結(jié)合成原子，放電正好與之相反。所以電動(dòng)車要運(yùn)行，需要通過(guò)外接電源進(jìn)行充電。
所以，從實(shí)用的角度來(lái)看，制約電動(dòng)車發(fā)展的最大問(wèn)題就在于充電時(shí)間上。電動(dòng)車重新補(bǔ)充能量的過(guò)程是一次將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)蓄的過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，但是對(duì)于燃料電池車而言，重新獲得能量的過(guò)程則是一次氫燃料加注的過(guò)程。前者補(bǔ)充一次可能需要數(shù)小時(shí)，但是后者僅需幾分鐘。從使用線性來(lái)看，燃料電池車型也更加趨向于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的表現(xiàn)，并不會(huì)像電動(dòng)車那樣出現(xiàn)電能上下波動(dòng)和電量衰退的情況。更何況，燃料電池系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換不涉及燃燒，所以擁有更高的能量轉(zhuǎn)換效率，每一輛燃料電池車都可以當(dāng)做是一個(gè)小型的燃料電池發(fā)電站。從技術(shù)的角度來(lái)看，燃料電池車比純電動(dòng)車更具有推廣價(jià)值。但是，左右新能源發(fā)展的并不僅僅是技術(shù)，市場(chǎng)才是關(guān)鍵力量，而市場(chǎng)從來(lái)都只認(rèn)可擁有廣泛群眾基礎(chǔ)的方案。由于能源補(bǔ)充接口的孑然不同，這一次新能源動(dòng)力發(fā)展方向之間的博弈最終的結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致失敗的一方徹底沉淪。所以，燃料電池車和電動(dòng)車都開始了技術(shù)運(yùn)用版圖的爭(zhēng)奪，這最簡(jiǎn)單的辦法就是開放專利。
去年六月份，特斯拉正式宣布將開放其包括電池管理系統(tǒng)以及超級(jí)充電站技術(shù)在內(nèi)的所有技術(shù)專利技術(shù)。以此來(lái)刺激電動(dòng)車行業(yè)的發(fā)展。繼特斯拉宣布放開全部專利之后，在2015年的拉斯維加斯消費(fèi)電子展開展的前夕，豐田汽車也正式宣布將會(huì)開放氫燃料電池技術(shù)專利的使用權(quán)，未來(lái)全球范圍內(nèi)的汽車制造商和零部件供應(yīng)商將可免費(fèi)使用豐田的氫燃料電池技術(shù)專利。此次豐田開放的燃料電池技術(shù)專利共計(jì)5680項(xiàng)，其中涉及Mirai燃料電池車的專利也高達(dá)1970項(xiàng)。此外，豐田還將實(shí)施一個(gè)實(shí)質(zhì)性的金融支持計(jì)劃，包括投資建設(shè)氫燃料供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及燃料電池技術(shù)在商用車領(lǐng)域的推廣。
新能源技術(shù)取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)是歷史發(fā)展的必然，但是新能源技術(shù)最終將朝著哪一種方向去發(fā)展我們還不得而知。在這個(gè)交叉路口，選擇哪一條道路作為新能源汽車的發(fā)展方向都意味著巨大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一旦開弓就再無(wú)回頭路。所以，燃料電池車和電動(dòng)車之間的市場(chǎng)爭(zhēng)奪在未來(lái)只會(huì)越來(lái)越激烈。
超快可充電鋁離子電池
超快可充電鋁離子電池由鋁陽(yáng)極和石墨陰極組成.。工程研究院和斯坦福大學(xué)的研究人員利用石墨的層狀結(jié)構(gòu)，允許氯鋁酸鹽陰離子進(jìn)行插層和脫層反應(yīng)。
此外，他們打開石墨(即石墨化泡沫)的結(jié)構(gòu)，以加快電池的充放電反應(yīng)。其結(jié)果是，電池具有很好的耐用性，因?yàn)樗梢猿惺?0000次充放電循環(huán)，而不產(chǎn)生容量衰減，并且可以在一分鐘內(nèi)充電。
研制超快可充電鋁離子電池取得了三大突破：1.發(fā)現(xiàn)鋁石墨作為電池電池的完美組合；2.電池整體柔軟如紙，可批量生產(chǎn)各種要求和產(chǎn)品屬性；3.即使受到外力的損壞，也能使電池安全的穩(wěn)定性和耐久性。
這一突破性的電池技術(shù)將與傳統(tǒng)的鉛酸電池競(jìng)爭(zhēng)，將其應(yīng)用于大型儲(chǔ)能設(shè)備、輕型電動(dòng)滑板車和摩托車上。除了小型智能設(shè)備外，鋁離子電池還可用于在電網(wǎng)、電動(dòng)摩托車和自行車中存儲(chǔ)可再生能源。
研究成果已發(fā)表在“自然”雜志上。
工研院和斯坦福大學(xué)合作開發(fā)了一種超快可充電鋁離子電池，這項(xiàng)研究成果已發(fā)表在“自然”雜志上。
電池薄如紙般柔軟，易于批量生產(chǎn)。
自然教育一直受到西方國(guó)家的重視，這也是我國(guó)目前正積極推動(dòng)的方向之一。了解自然保護(hù)首先要從教育著手，從認(rèn)知走向科學(xué)。
關(guān)于新能源車的發(fā)展方向，從理論上來(lái)講，燃料電池無(wú)疑是眼下我們能夠看到的幾種技術(shù)中最具技術(shù)發(fā)展前景的。因?yàn)椴粌H僅是汽車，燃料電池這種全新的能源轉(zhuǎn)換方式還在發(fā)電領(lǐng)域有所建樹。但是，從最近幾大汽車主流消費(fèi)國(guó)的新能源車發(fā)展上來(lái)看，似乎除了日本之外，插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)車開始呈現(xiàn)出要在未來(lái)主導(dǎo)新能源市場(chǎng)的趨勢(shì)。從上世紀(jì)開始，汽車產(chǎn)業(yè)就已經(jīng)不再是某個(gè)國(guó)家就可以獨(dú)立發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，全球化標(biāo)準(zhǔn)的制定將在很大程度上成為主導(dǎo)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)向。特別是對(duì)于新能源汽車而言，全球性的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)將成為主導(dǎo)未來(lái)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大變數(shù)。
在內(nèi)燃機(jī)時(shí)代，加油接口都是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以無(wú)論各個(gè)派系質(zhì)檢的動(dòng)力系統(tǒng)如何變化，終歸都是要回歸到加油口這個(gè)地方來(lái)的。但是在新能源時(shí)代，傳統(tǒng)的加油接口將被新的能源補(bǔ)充方式所取代。眼下正是新能源動(dòng)力技術(shù)變革的初期，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)制定前各種新能源動(dòng)力技術(shù)呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢(shì)。僅從大的分類來(lái)看目前就存在著插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池這么幾種，如果再細(xì)化到單一電動(dòng)技術(shù)中，也同樣存在著充電接口的不同，充電電壓的不同，充電形式的不同。百花齊放的年代往往就是競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的年代，未來(lái)的新能源動(dòng)力技術(shù)將使用何種形式的接口作為標(biāo)準(zhǔn)就是這一場(chǎng)競(jìng)賽中唯一的裁判。換句話說(shuō)，眼下的新能源市場(chǎng)爭(zhēng)奪實(shí)際上就是接口標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)的爭(zhēng)奪。
從現(xiàn)在新能源動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展方向來(lái)看，目前國(guó)際上存在著兩個(gè)截然不同的陣營(yíng)，一是以中國(guó)和歐洲為代表的電動(dòng)車陣營(yíng)，中國(guó)和德國(guó)政府甚至還就電動(dòng)車充電接口的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題達(dá)成了統(tǒng)一，這可以看作是雙方政府對(duì)于新能源發(fā)展方向的一次肯定。在產(chǎn)品方面，攪局者特斯拉的出現(xiàn)讓新能源動(dòng)力成為了時(shí)尚的潮流。另一個(gè)陣營(yíng)則是以日本和韓國(guó)為代表的燃料電池陣營(yíng)，日本國(guó)內(nèi)在完成了混合動(dòng)力的普及之后，將未來(lái)新能源車發(fā)展的道路鎖定在了更具有先進(jìn)性的燃料電池領(lǐng)域，目前豐田旗下的首款燃料電池車Mirai已經(jīng)正式發(fā)布，成為目前市場(chǎng)上首款大批量投產(chǎn)的燃料電池車型。韓國(guó)則以現(xiàn)代汽車為代表投放了燃料電池版的ix35進(jìn)入市場(chǎng)。
關(guān)于燃料電池的工作原理，筆者已經(jīng)多次撰文進(jìn)行了解釋，所以在這里就簡(jiǎn)單的啰嗦兩句。燃料電池的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是氫燃料在燃料電池的陽(yáng)極板，也就是負(fù)極，經(jīng)過(guò)催化層的作用，將氫原子的一個(gè)電子分離出來(lái)。然后失去電子的氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)燃料電池的陰極板，也就是正極。游離后的電子不能并通過(guò)質(zhì)子交換膜，所以就只能經(jīng)過(guò)外部的通路到達(dá)陰極板與氫離子重新結(jié)合，在電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中自然就在外電路產(chǎn)生電流。而這個(gè)電流經(jīng)過(guò)逆變器以及控制器等裝置之后，就能夠到達(dá)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)能。到達(dá)陰極板之后的電子又與在那里的氫離子和氧原子重新結(jié)合為水。從這個(gè)簡(jiǎn)單的原理中我們不難看到，要驅(qū)動(dòng)燃料電池車運(yùn)行，我們只需要補(bǔ)充氫能源就好。
電動(dòng)動(dòng)力的原理則相對(duì)簡(jiǎn)單，以高能量密度的電池組作為動(dòng)力源向電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電池組通過(guò)外接的充電方式進(jìn)行能源補(bǔ)給。不同的電動(dòng)車根據(jù)技術(shù)方向的不同采用的電池組結(jié)構(gòu)形式也不同，不過(guò)充電的大致原理都大同小異。在外接電源的作用下陰極的原子電離成離子和電子，離子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)與電子重新結(jié)合成原子，放電正好與之相反。所以電動(dòng)車要運(yùn)行，需要通過(guò)外接電源進(jìn)行充電。
所以，從實(shí)用的角度來(lái)看，制約電動(dòng)車發(fā)展的最大問(wèn)題就在于充電時(shí)間上。電動(dòng)車重新補(bǔ)充能量的過(guò)程是一次將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)蓄的過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，但是對(duì)于燃料電池車而言，重新獲得能量的過(guò)程則是一次氫燃料加注的過(guò)程。前者補(bǔ)充一次可能需要數(shù)小時(shí)，但是后者僅需幾分鐘。從使用線性來(lái)看，燃料電池車型也更加趨向于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的表現(xiàn)，并不會(huì)像電動(dòng)車那樣出現(xiàn)電能上下波動(dòng)和電量衰退的情況。更何況，燃料電池系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換不涉及燃燒，所以擁有更高的能量轉(zhuǎn)換效率，每一輛燃料電池車都可以當(dāng)做是一個(gè)小型的燃料電池發(fā)電站。從技術(shù)的角度來(lái)看，燃料電池車比純電動(dòng)車更具有推廣價(jià)值。但是，左右新能源發(fā)展的并不僅僅是技術(shù)，市場(chǎng)才是關(guān)鍵力量，而市場(chǎng)從來(lái)都只認(rèn)可擁有廣泛群眾基礎(chǔ)的方案。由于能源補(bǔ)充接口的孑然不同，這一次新能源動(dòng)力發(fā)展方向之間的博弈最終的結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致失敗的一方徹底沉淪。所以，燃料電池車和電動(dòng)車都開始了技術(shù)運(yùn)用版圖的爭(zhēng)奪，這最簡(jiǎn)單的辦法就是開放專利。
去年六月份，特斯拉正式宣布將開放其包括電池管理系統(tǒng)以及超級(jí)充電站技術(shù)在內(nèi)的所有技術(shù)專利技術(shù)。以此來(lái)刺激電動(dòng)車行業(yè)的發(fā)展。繼特斯拉宣布放開全部專利之后，在2015年的拉斯維加斯消費(fèi)電子展開展的前夕，豐田汽車也正式宣布將會(huì)開放氫燃料電池技術(shù)專利的使用權(quán)，未來(lái)全球范圍內(nèi)的汽車制造商和零部件供應(yīng)商將可免費(fèi)使用豐田的氫燃料電池技術(shù)專利。此次豐田開放的燃料電池技術(shù)專利共計(jì)5680項(xiàng)，其中涉及Mirai燃料電池車的專利也高達(dá)1970項(xiàng)。此外，豐田還將實(shí)施一個(gè)實(shí)質(zhì)性的金融支持計(jì)劃，包括投資建設(shè)氫燃料供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及燃料電池技術(shù)在商用車領(lǐng)域的推廣。
新能源技術(shù)取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)是歷史發(fā)展的必然，但是新能源技術(shù)最終將朝著哪一種方向去發(fā)展我們還不得而知。在這個(gè)交叉路口，選擇哪一條道路作為新能源汽車的發(fā)展方向都意味著巨大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一旦開弓就再無(wú)回頭路。所以，燃料電池車和電動(dòng)車之間的市場(chǎng)爭(zhēng)奪在未來(lái)只會(huì)越來(lái)越激烈。
上海寶鄂實(shí)業(yè)有限公司擁有一支從事鋰電池多年、經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，我們時(shí)刻關(guān)注著鋰電池在各領(lǐng)域的最新發(fā)展和應(yīng)用，并不斷為客戶研發(fā)出“先進(jìn)、安全、穩(wěn)定”的鋰電池方案，提供包括18650鋰電池、26650鋰電池和鐵鋰電池等多種鋰電池服務(wù)。
