電池軟硬結(jié)合板：古語(yǔ)有云，兵馬未動(dòng)糧草先行。同樣的，作為動(dòng)力系統(tǒng)，電池技術(shù)也一直是電動(dòng)汽車(chē)的重要命脈，它的技術(shù)變革是電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展過(guò)程中必不可少的助推力量。

  電池軟板廠(chǎng)認(rèn)為，從1995年起電池存儲(chǔ)能量一直沒(méi)有發(fā)生特別顯著的變化，直至2007年電池存儲(chǔ)的能量才翻了一番。而時(shí)至今日，電池的能量增加都沒(méi)有超過(guò)30%。

  是什么原因制約著電池技術(shù)的發(fā)展？

  其實(shí)，電池的性能之所以是在2007年左右發(fā)生有了質(zhì)的突破，是由鋰離子電池逐漸商用，慢慢在各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)始替代其他電池而導(dǎo)致的。如今八年過(guò)去了，鋰離子電池的發(fā)展可以說(shuō)是陷入了瓶頸。大多數(shù)能夠商用的技術(shù)突破都是延長(zhǎng)鋰電池壽命，降低電池造價(jià)，而在電池儲(chǔ)能方面的進(jìn)步并不多。“電量焦慮”也成為越來(lái)越普遍的現(xiàn)象。

  事實(shí)上國(guó)內(nèi)外的許多科學(xué)家都早已選擇從基礎(chǔ)材料著手，想要找到更加優(yōu)越的選擇。但在這些新材料中，很少有能夠?qū)嶋H應(yīng)用于商業(yè)的。近期，國(guó)內(nèi)外電池的方面也有不少取得新突破的消息，在此電池軟硬結(jié)合板廠(chǎng)家就簡(jiǎn)要介紹一下近期的幾項(xiàng)新技術(shù)。

  鋰空氣電池

  本月初，根據(jù)發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》周刊上的一篇論文顯示，劍橋的科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)攻克了鋰空氣電池的技術(shù)難關(guān)。此前的鋰空氣電池會(huì)出現(xiàn)性能迅速衰退的現(xiàn)象，而劍橋團(tuán)隊(duì)解決的正是這一不穩(wěn)定的問(wèn)題，讓該電池在的能源使用效率接近90%。

  鋰空氣電池的基本化學(xué)原理十分簡(jiǎn)單。放電時(shí)，從負(fù)極出發(fā)的鋰離子在正極與空氣中的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生一種叫過(guò)氧化鋰的固體產(chǎn)物，填充于碳電極的孔隙中。充電時(shí)，化學(xué)過(guò)程逆轉(zhuǎn)，過(guò)氧化鋰被分解釋放氧氣。

  據(jù)悉，該實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品充一次電就能從劍橋大學(xué)一路開(kāi)到650公里以外的愛(ài)丁堡，而電池的價(jià)格和重量都僅為鋰電池的1/5。

  雖然在實(shí)驗(yàn)室里的表現(xiàn)非常優(yōu)秀，然而據(jù)科研人員稱(chēng)，這款電池真正能夠商用還至少需要十年的時(shí)間，短期內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法享受這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)的技術(shù)變革。

  石墨烯電池

  中科院上海硅酸鹽研究所研制出一種新型石墨烯材料的重要研究成果。

  據(jù)電池fpc廠(chǎng)了解，該所科學(xué)家已研制的高性能超級(jí)電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯，它具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)車(chē)的“超強(qiáng)電池”：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里。

  作為一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，石墨烯可以說(shuō)是目前世界上最薄也是最堅(jiān)硬的材料，具有超薄、超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性、優(yōu)異的室溫導(dǎo)熱和透光性，結(jié)構(gòu)也非常穩(wěn)定。

  據(jù)權(quán)威專(zhuān)家表示，該新型石墨烯超級(jí)電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且在快速充放方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋰電池，因此該“超級(jí)電池”可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有混合電動(dòng)汽車(chē)、大功率輸出設(shè)備的更新?lián)Q代。

  然而它最大的劣勢(shì)就是其高昂的價(jià)格，目前以石墨烯主要作為導(dǎo)電添加劑的超級(jí)電容器，在動(dòng)力電池中的市場(chǎng)基本上為零。

  鋰硫電池

  去年12月，中科院院士、南工校長(zhǎng)黃維領(lǐng)銜的先進(jìn)材料研究院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與新加坡南洋理工大學(xué)物理與應(yīng)用物理系教授于霆合作，在鋰硫電池正極材料研發(fā)、設(shè)計(jì)及其電化學(xué)性能改進(jìn)方面取得重大突破。

  在此前，鋰硫電池也面臨著三個(gè)無(wú)法避免的挑戰(zhàn)：其一是硫的電導(dǎo)率很低，極大的降低了鋰硫電池的功率密度和硫的利用率；其二，多硫化物中間體的溶解和不可逆反應(yīng)導(dǎo)致了鋰硫電池的容量衰減；最后，硫在嵌鋰和脫鋰過(guò)程中引起的較大的體積變化會(huì)破壞硫電極結(jié)構(gòu)的完整性，并導(dǎo)致容量衰減。

  而科研人員此次在鋰硫電池的關(guān)鍵部位“硫—碳黑復(fù)合物”上包裹了一層超薄的過(guò)渡金屬氫氧化物材料，單層厚度約7納米。該超薄材料可與鋰離子發(fā)生不可逆反應(yīng)，生成的物質(zhì)可起到電極保護(hù)層的作用，巧妙地克服了傳統(tǒng)鋰硫電池電極因多硫化物溶解所造成的低充放電效率、短循環(huán)周期等諸多問(wèn)題。

  于霆教授介紹，就世界范圍來(lái)看，這是首次采用超薄過(guò)渡金屬氫氧化物材料，對(duì)硫—碳黑復(fù)合物納米單元進(jìn)行微包覆處理，設(shè)計(jì)并制備了具有長(zhǎng)壽命、高庫(kù)倫效率的正極材料。據(jù)悉，經(jīng)新技術(shù)改良后的鋰硫電池使用周期可提高至800次。

  三元材料電池

  三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類(lèi)材料的優(yōu)點(diǎn)，具有容量高、成本低、安全性好等優(yōu)異特性，其在小型鋰電中逐步占據(jù)一定的市場(chǎng)份額，并在動(dòng)力鋰電領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。

  相對(duì)于以上三者在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)優(yōu)越的電池新技術(shù)來(lái)說(shuō)，三元電池才是目前唯一能夠商用的技術(shù)。特斯拉最早將三元電池應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上，從而使得Model S續(xù)航里程能夠達(dá)到486公里，電池容量達(dá)到85kWh。

  從全球范圍來(lái)看，各方對(duì)三元材料的研發(fā)生產(chǎn)都在不斷推進(jìn)。在這個(gè)過(guò)程中，材料性能大幅提升，應(yīng)用領(lǐng)域也一再拓展。日、韓企業(yè)是三元材料電池研發(fā)的佼佼者。國(guó)內(nèi)三元材料生產(chǎn)從2005年左右起步，目前也已出現(xiàn)了十多家規(guī)模企業(yè)。

  事實(shí)上，在近幾年里電池行業(yè)也不乏技術(shù)新突破。但在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)表現(xiàn)良好的產(chǎn)品，很少能夠真正被商業(yè)使用。

  較為著名的一個(gè)例子是美國(guó)的一家電池公司。此前它曾宣稱(chēng)自己利用組合富鋰錳基層狀固溶體正極和Si/C復(fù)合負(fù)極電極材料，創(chuàng)造出了400Wh/Kg的驚人的鋰離子電池能量密度。

  通用公司因此迅速投資，與Envia在電動(dòng)汽車(chē)業(yè)務(wù)上進(jìn)行合作。但實(shí)際的使用顯示，Envia所宣稱(chēng)的400Wh/Kg的能量密度只有在前三周可以達(dá)到，在隨后循環(huán)里能量密度急劇下降，循環(huán)400周以后其能量密度只有初始的55%。如此差的電池循環(huán)性，根本無(wú)法達(dá)到Volt電動(dòng)汽車(chē)的使用要求。

  經(jīng)歷了數(shù)次從高度興奮到期待落空的教訓(xùn)，新能源車(chē)企對(duì)所謂的“突破性”電池往往抱以觀(guān)望的態(tài)度。新的技術(shù)無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出多高的優(yōu)越性，都還要等待長(zhǎng)期的測(cè)試調(diào)整才能讓人信服。

  電池軟硬結(jié)合板也是一樣，完美的數(shù)據(jù)無(wú)法落地到實(shí)際，這也正是電池發(fā)展遲遲沒(méi)有跟上科技發(fā)展步伐的重要原因。

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