除了鋰電池，還有這些具有潛力的電池系統(tǒng)，電動(dòng)汽車的未來可期
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-14 10:54
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當(dāng)今的移動(dòng)世界離不開鋰離子電池，這是目前可充電電池的最佳選擇。去年，消費(fèi)者們購買了50億只鋰離子電池，用來給筆記本電腦、照相機(jī)、手機(jī)和電動(dòng)汽車供電。美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室能源存儲(chǔ)聯(lián)合研究中心（JCESR）的負(fù)責(zé)人喬治·克拉布特里（George Crabtree）說，“這是有史以來最好的電池技術(shù)”。
1991年，索尼公司推出第一款商業(yè)版鋰離子電池，與之相比，如今鋰離子電池的能量密度（單位質(zhì)量所存儲(chǔ)的能量）已經(jīng)是原來的兩倍多，而價(jià)格只有當(dāng)初的1/10。不過，鋰離子電池的能量密度已經(jīng)接近極限。許多研究者認(rèn)為，對(duì)鋰離子電池的改進(jìn)，最多還能將能量密度再提高30%。這意味著，鋰離子電池永遠(yuǎn)不能像一油箱汽油那樣，讓電動(dòng)汽車連續(xù)行駛800千米，也不能讓“電老虎”般的智能手機(jī)續(xù)航許多天。
盡管近年來，關(guān)于鋰電池大突破的新聞層出不窮，似乎各種消息都預(yù)示著鋰電池將會(huì)獲得重大進(jìn)展，其中一個(gè)很明顯的例子，那就是石墨烯材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。幾乎過不了多久時(shí)間，就會(huì)有媒體發(fā)布消息稱在石墨烯領(lǐng)域又獲得什么突破，用在鋰電池上又能提高多少多少的性能，幾乎已經(jīng)讓人們聽的麻木，因?yàn)榈侥壳盀橹谷匀粵]有出現(xiàn)一款真正市場化平民化的石墨烯電池，而所謂的石墨烯電池也大多僅僅是在電池中添加了一些石墨烯粉末罷了。
那么，讓我們把目光放的寬廣一點(diǎn)，除了鋰電池，還有哪些極具潛力的電池動(dòng)力系統(tǒng)能夠應(yīng)用在汽車上呢？
鈉硫電池
鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。鈉硫電池是美國福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的，至今才40年左右的歷史。鈉硫電池具有許多特色之處：一個(gè)是比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量)高。其理論比能量為760Wh/Kg，實(shí)際已大于150Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍。另一個(gè)是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達(dá)200-300mA/cm2，并瞬時(shí)間可放出其3倍的固有能量；再一個(gè)是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)，充放電電流效率幾乎100%。但是鈉硫電池的工作溫度在300-350℃，所以，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫。但采用高性能的真空絕熱保溫技術(shù)，可有效地解決這一問題。
但隨著時(shí)間的推移表明，鈉硫電池在移動(dòng)場合下(如電動(dòng)汽車)使用條件比較苛刻，無論從使用可提供的空間、電池本身的安全等方面均有一定的局限性。盡管如此，比爾蓋茨仍然很看好鈉硫電池的前景，由他投資的一間公司就正在開發(fā)可應(yīng)用于汽車上的鈉硫電池，
鎂電池
鎂電池的最大優(yōu)點(diǎn)是采用鎂作為負(fù)極，在反復(fù)充放電過程中不會(huì)產(chǎn)生枝晶，因此循環(huán)性能非常優(yōu)良。而金屬鋰不僅在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生枝晶，而且循環(huán)壽命低，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題。鎂與鋰相比有多種優(yōu)點(diǎn)，比如鋰的熔點(diǎn)約為180攝氏度，而鎂的熔點(diǎn)高達(dá)約650攝氏度，因而更為安全，鎂的蘊(yùn)藏量也比鋰豐富得多。不過，開發(fā)鎂電池也面臨一些技術(shù)困難，例如此前一直沒找到合適的正極材料，同時(shí)也缺乏能幫助穩(wěn)定充電和放電的電解質(zhì)。
目前，鎂電池主要供軍事通信和氣象測候儀、海難救生設(shè)備和高空雷達(dá)儀等使用。但是有很多人都想把它應(yīng)用到汽車上。據(jù)了解，豐田早在2005年就開始了鎂電池的研究。豐田美國工程師Jeffrey Makarewicz曾公開表示，鋰離子電池理想狀況下蓄能水平為2000千瓦時(shí)，對(duì)于插電式電動(dòng)車及混合動(dòng)力車而言，性能還不夠理想。而鎂離子電池或其他材料電池或?qū)⒂锌赡艹蔀殇囯姵氐奶娲贰?/div>
鋁電池
鋁是理想的陽極材料，目前有多種鋁電池，例如鋁-空氣電池和熔鹽鋁電池，具有廣闊的發(fā)展前景。鋁含量豐富且價(jià)格低廉，鋁電池性能優(yōu)秀且對(duì)環(huán)境友好，其產(chǎn)物無毒可用于其他工業(yè)用途而無需特別處理，是理想的電池體系；在當(dāng)前資源匱乏，環(huán)境日益惡化的的情況下，鋁電池的研究對(duì)于可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。
鋁電池不用做充電電池，一方面是循環(huán)壽命差，一方面是充電速度太慢，不實(shí)用。還有一個(gè)致命缺點(diǎn)是電解液里面的鋁離子不穩(wěn)定，很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)帶來危險(xiǎn)。這些弱點(diǎn)讓鋁電池一直沒有實(shí)用化。同時(shí)鋁電極在放電介質(zhì)中的極化和寄生腐蝕反應(yīng)等問題，嚴(yán)重地制約了鋁電池的發(fā)展。通過鋁合金陽極的微合金化，對(duì)電解質(zhì)及電池結(jié)構(gòu)研究的不斷深入將逐漸推動(dòng)鋁電池體系發(fā)展。鋁電池具有廣闊的發(fā)展前景。
鋅電池
大部分一次性電池的負(fù)極都使用了廉價(jià)常見的鋅，比如我們平常用的干電池。如果反復(fù)充電，鋅會(huì)在負(fù)極的表面形成針狀物質(zhì)。這種針狀物質(zhì)會(huì)破壞電池，因而用鋅制成的電池很難用作蓄電池。而解決的方法有兩種，一種是使鋅在充電時(shí)產(chǎn)生的針狀物質(zhì)朝著不破壞電池的方向延展，實(shí)現(xiàn)反復(fù)充電。第二種是用鋅作為正極，這樣就可以避免損壞電池。
利用鋅制成的電池使用便宜且易于輸出電流的水作為電解液，沒有易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)和儲(chǔ)存成本較低。可利用已有的制造設(shè)備，控制成本投資。據(jù)悉，該電池和現(xiàn)在通用的鋰電池性能相當(dāng)，但價(jià)格卻不到鋰電池的一半。在用電量較大的電力儲(chǔ)存和電動(dòng)車等方面將得到普及。
目前而言，鋰電池確實(shí)是動(dòng)力電池行業(yè)和電動(dòng)汽車領(lǐng)域最好的選擇，而且還衍生出磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等不同的工藝分支，并且隨著產(chǎn)能和工藝的提升，鋰電池的性能和安全性都將獲得提升，但是我們不得不正視一個(gè)問題，那就是鋰電池的儲(chǔ)能極限問題。理論上鋰電池的儲(chǔ)能極限無法滿足電動(dòng)汽車長途駕駛的需求，因此，必須找到能夠像汽油一樣，充一次電就能讓汽車跑好幾百公里，而且不需要限定工況的動(dòng)力能源系統(tǒng)，所以，積極開發(fā)新的具有潛力的動(dòng)力能源是很有必要的。好在廣大車企和新能源業(yè)界方面也認(rèn)識(shí)到了這個(gè)問題，正在努力研究，希望有一天能夠推出真正強(qiáng)大的產(chǎn)品，徹底改變汽車產(chǎn)業(yè)。
