鋰離子電池會(huì)取代鉛酸電池和鎳氫電池嗎?
在以往幾年中,大部分企業(yè)在電動(dòng)汽車研制中曾遭遇尷尬,主要是因?yàn)椴捎昧算U酸、鎳鎘、鎳氫電池(Ni-MH)等?,F(xiàn)在,經(jīng)過(guò)研制與實(shí)驗(yàn)比較,采用能量密度更高的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池,運(yùn)用于汽車領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技術(shù),它具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú)污染、也無(wú)二次污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛,是電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)小轎車、電動(dòng)大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、安全性較差。不過(guò)現(xiàn)在已有技術(shù)開(kāi)發(fā)錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料,大大提高了鋰離子電池的安全性,而且降低了成本。
鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化動(dòng)態(tài)
隨著成本的急劇降低和性能的大幅度提高,已有許多汽車生產(chǎn)廠家開(kāi)始投入使用鋰離子電池。如富士重工與NEC合作開(kāi)發(fā)廉價(jià)的單體(Cell)錳系鋰離子電池(即錳酸鋰電池),具有高安全性、低制造成本特點(diǎn),在車載環(huán)境下的壽命高達(dá)12年、10萬(wàn)公里,與純電動(dòng)汽車的整車壽命相當(dāng)。東芝開(kāi)發(fā)的可急速充電鋰離子蓄電池組,除了小型、大容量的特點(diǎn)之外,采用了能使納米級(jí)微粒均一化固定技術(shù),可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負(fù)極上,能在一分鐘之內(nèi)充電至其容量的80%,再經(jīng)6分鐘便可充滿電。美國(guó)的主要電池廠Johnson Controls針對(duì)電動(dòng)車需求特性的鋰離子電池于2005年9月在威斯康星州Milwaukee設(shè)立研發(fā)地點(diǎn),2006年1月另出資50%與法國(guó)電池廠Saft共同成立Johnson Controls-Saft Advanced Power Solution (JCS)。JCS 于2006年8月承接了美國(guó)能源部(DOE)所主導(dǎo)2年USABC(United States Advanced Battery Consortium)純電動(dòng)車鋰離子電池研發(fā)計(jì)劃合約,另外亦與車廠簽約提供高功率鋰離子電池。目前世界上動(dòng)力電池主要有以下幾類:1、鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池已有100多年的歷史,廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源。它也是成熟的電動(dòng)汽車蓄電池,目前約有8%~90%的采用率。它可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜;比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求。但它有兩大缺點(diǎn);一是比能量低,所占的質(zhì)量和體積太大,且一次充電行駛里程較短;另一個(gè)是使用壽命短,使用成本過(guò)高。鎳鎘電池目前,鎳鎘電池的應(yīng)用廣泛程度僅次于鉛酸蓄電池其比能量可達(dá)55W?h/kg,比功率超過(guò)190W/kg,可快速充電,循環(huán)使用壽命較長(zhǎng),是鉛酸蓄電池的兩倍多,可達(dá)到2000多次,但價(jià)格為鉛酸蓄電池的4-5倍。它的初期購(gòu)置成本雖高,但由于其在能色量和使用壽命方面的優(yōu)勢(shì),因此其長(zhǎng)期的實(shí)際使用成本并不高。使用中要注意做好回收工作,以免重金屬鎘成環(huán)境污染。
2、鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池和鎳鎘蓄電池一樣,也屬于堿性電池,其特性和鎳鎘蓄電池相似,不過(guò)鎳氫蓄電池不含鎘、銅,不存在重金屬污染問(wèn)題。目前生產(chǎn)電動(dòng)汽車鎳氫蓄電池的公司主要是Ovonie公司,它現(xiàn)有80A?h和130A?h兩種單元電池,并由此構(gòu)成30kw?h和50kw?h兩種規(guī)格的電池。其比能量達(dá)75-80W?h/kg,比功率達(dá)160-230W/kg,循環(huán)使用壽命超過(guò)600次。這種蓄電池曾裝在幾種電動(dòng)汽車上試用,其中一類車一次充電可行駛345km,有一輛車一年中行駛了8萬(wàn)多公里。由于價(jià)格較高,目前尚未大批量生產(chǎn)。估計(jì)隨著鎳氫蓄電池技術(shù)的發(fā)展,其比能量可超過(guò)80w?h/kg,循環(huán)使用壽命可超過(guò)2000次,遠(yuǎn)景價(jià)格可降至150美元/Kw?h。通用汽車公司已把它作為今后幾年電動(dòng)汽車優(yōu)先考慮蓄電池。
3、鈉硫蓄電池鈉硫蓄電池也是近期普遍看好的電動(dòng)汽車菩電池,美國(guó)福特汽車公司的Mnivan電動(dòng)汽車就是使用鈉硫蓄電池的。它已被美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體(USMABC)列為中期發(fā)展的電動(dòng)汽車蓄電池,德國(guó)ABB公司生產(chǎn)的B240K型鈉硫蓄電池,其質(zhì)量為17.5kg,蓄電量19.2Kw?h;比能量達(dá)109W?h/kg,循環(huán)使用壽命1200次,裝車試驗(yàn)時(shí)最好的一輛車無(wú)故障地行駛了2300km。鈉硫蓄電池主要存在高溫腐蝕嚴(yán)重,電池壽命較短。性能穩(wěn)定性及使用安全性不太理想等問(wèn)題。
4、鋰電池鋰電池的種類繁多,常見(jiàn)的有色鋰離子電他、高溫鋰熔直鹽電池、鋰聚合物電池和但聚合物固體電解質(zhì)電池等,鋰離子電池比能量的理論值為570W?h/kg,它目前達(dá)到的性能指標(biāo)是:比能量為100w?h/k8,比功率200w/kg,循環(huán)使用壽命為1200次,充電時(shí)間2-4小時(shí)。
5、鋅空氣電池鋅空氣電池的潛在比能量在200w?h/kg左右。美國(guó)DEMI公司為電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)的鋅空氣電池的比能量已達(dá)160W?h/kg左右,但它目前尚存在壽命短、比功率小、不能輸出大電流及難以充電等缺點(diǎn)。美國(guó)的CRX電動(dòng)汽車裝的就是鋅空氣電池,該車為彌補(bǔ)它的不足,還裝有鎳鎘蓄電池以幫助汽車起運(yùn)和加速CRX車的鋅空氣電池組質(zhì)量為340kg,充足電后可存儲(chǔ)45kw?h的能量,同時(shí)裝備CRX的重達(dá)159kg的鎳錫蓄電池充足電后有4kw?h能量。充電12分鐘可使CRX電動(dòng)汽車行駛65km,充電一小時(shí)則可行駛160km。
6、飛輪電池飛輪電池是90年代才提出的新概念電池,它突破了化學(xué)電池的局限,用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。眾所周知。當(dāng)飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí),它就具有一定的動(dòng)能。飛輪電池正是以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的。高技術(shù)型的飛輪用于儲(chǔ)存電能,就很像標(biāo)準(zhǔn)電池。飛輪電池中有一個(gè)電機(jī),充電時(shí)該電機(jī)以電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn),在外電源的驅(qū)動(dòng)下,電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn),即用電給飛輪電池”充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速?gòu)亩龃笃涔δ?;放電時(shí),電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),在飛輪的帶動(dòng)下對(duì)外輸出電能,完成機(jī)械能(動(dòng)能)到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪電池公出電的時(shí),飛輪轉(zhuǎn)速逐漸下降,飛輪電他的飛輪是在真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的,轉(zhuǎn)速極高(高達(dá)200000r/min),使用的軸承為非接觸式磁軸承。據(jù)稱,飛輪電池比能呈可達(dá)150W?h/kg,比功率達(dá)5000-10000W/kg,使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年,可供電動(dòng)汽車行駛500萬(wàn)公里。美國(guó)飛輪系統(tǒng)公司已用最新研制的飛輪池成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車改成電動(dòng)轎車,一次充電可行駛600km,由到96km/h加速度時(shí)間為6.5秒。
7、燃料電池燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它不經(jīng)歷熱機(jī)過(guò)程,不受熱力循環(huán)限制,故能量轉(zhuǎn)換效率高,燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率在理論上可達(dá)100%,實(shí)際效率已達(dá)60%~80%,是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的2——3倍?,F(xiàn)在應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的燃料電池是一種被稱為質(zhì)于交換膜燃料電池(PEMFC),它以純氫為燃料,以空氣成龍為氧化劑。在1993年加拿大溫哥華科技展覽會(huì)上,加拿大的BALLABC公司推出了世界上第一輛以PEMFC電池為動(dòng)力的電動(dòng)公共汽車。載客20人,可行駛160km/h,最高速度72.2km/h。德國(guó)奔馳汽車公司也研制了以PEMFC電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車。站在下一世紀(jì)主導(dǎo)工業(yè)的角度,汽車工業(yè)圍繞著帶領(lǐng)能源如關(guān)不利污染二個(gè)方面,從車身輕量化、鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)、鋼混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、可充電電池電動(dòng)汽車等角度看來(lái),各大汽車展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng),本文著重介紹國(guó)外電動(dòng)汽車電池的近況。
鋰電池與普通的鉛酸電池相比有哪些優(yōu)點(diǎn)?
1、鋰電池相對(duì)于普通電池體積要小很多,重量要輕很多。一般同樣型號(hào)的鋰電池只有鉛蓄電池一半的大小,重量是鉛蓄電池的三分之一。
2、鋰電池的壽命一般在5到6年左右,保用期一般也在三年左右,這比普通電池只有一年或者一年半的壽命要多很多,所以不用擔(dān)心每年要不要換電池,并且消費(fèi)者使用鋰電池相對(duì)于普通電動(dòng)車的電池年使用費(fèi)要低一百元左右。
3、鋰電池電動(dòng)車的鋰電池比普通電池更安全,鋰電池于其他普通電池有質(zhì)的差別,當(dāng)出現(xiàn)重壓,撞擊,短路等情況時(shí)不會(huì)發(fā)生爆炸。
4、鋰電池相對(duì)于普通電池更加綠色,對(duì)環(huán)境污染很少,因?yàn)槭褂脡勖L(zhǎng)可以避免普通電池更換帶來(lái)的對(duì)環(huán)境的污染。
5、鋰電池電動(dòng)車因?yàn)殡姵伢w積小、重量低、所以一般輕巧美觀、移動(dòng)方便、很多的鋰電池電動(dòng)車還可以進(jìn)行折疊。
6、消費(fèi)者在給普通的鉛酸蓄電池電動(dòng)車充電時(shí),一直都擔(dān)心電池發(fā)生記憶效應(yīng),等用了鋰電池,大家都可以松下一口氣,鋰電池不帶記憶效應(yīng)。
注意事項(xiàng):在使用鋰電池電動(dòng)車中應(yīng)注意的是,電池放置一段時(shí)間后則進(jìn)入休眠狀態(tài),此時(shí)容量低于正常值,使用時(shí)間亦隨之縮短。因此,要學(xué)會(huì)保養(yǎng)鋰電池電動(dòng)車。
















