電動(dòng)汽車電池技術(shù)一直是制約電動(dòng)汽車普及的最重要的因素,隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展,各種電池新技術(shù)被研發(fā),其中空氣電池被認(rèn)為是最佳候選能源,蓄電能力是市場(chǎng)上鋰電池的十倍以上,是電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程行駛的未來,但該電池還有很多問題亟待解決。
鋁空氣電池
說起空氣電池,大家可能聽說過空氣鋁電池。早在今年1月份,富士色素株式會(huì)社(并非富士子公司)宣布,已在鋁空氣電池技術(shù)上取得重大突破。與特斯拉即將量產(chǎn)的鋰聚電池相比,鋁空氣電池理論容量多出40倍以上。富士色素表示,將在今年底前實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目商業(yè)化。
早在去年Alcoa(美鋁公司)和以色列Phinergy公司表示:試驗(yàn)用車的一個(gè)電池組重約100公斤,內(nèi)裝50塊電池板,僅一塊鋁空氣電池板就可以驅(qū)動(dòng)車輛行駛約32公里,最高續(xù)航里程可達(dá)1600公里。該公司還表示,開發(fā)出的鋁-空氣電池的空氣陰極配備有專用的銀基催化劑,其采用了獨(dú)特的創(chuàng)新結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以使氧氣順利通過,而可以將二氧化碳阻隔在外。通過該創(chuàng)新結(jié)構(gòu),Phinergy鋁-空氣電池的空氣陰極可以有效避免電極的碳化問題,其工作壽命也因此可以達(dá)到數(shù)千小時(shí)。
鋰空氣電池
鋰—空氣電池也被稱為呼吸電池,能夠利用鋰金屬與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的能量。近20年來,鋰—空氣電池在全球被廣泛研究。典型情況下,這種電池使用 鋰金屬作為負(fù)極材料,正極則為多孔的導(dǎo)電碳材料。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)生一種叫作過氧化鋰的固體產(chǎn)物,填充于碳電極的孔隙中。充電時(shí),化學(xué)過程逆轉(zhuǎn),過氧化鋰被分解釋放氧氣。該電池的蓄電能力理論上是目前市場(chǎng)上鋰離子電池的10倍,但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻存在多個(gè)重大缺陷。
據(jù)介紹,鋰—空氣電池的反應(yīng)產(chǎn)物過氧化鋰及反應(yīng)中間產(chǎn)物超氧化鋰都有較高的反應(yīng)活性,會(huì)分解電解液,因此幾個(gè)充放電循環(huán)后電池電量就會(huì)急劇下降,電池壽命較短;由于過氧化鋰導(dǎo)電性能差,充電時(shí)很難分解,需要很高的充電電壓,還會(huì)導(dǎo)致分解電解液及碳電極等副作用;放電時(shí),過氧化鋰會(huì)堵塞多孔碳電極,導(dǎo)致放電 提前結(jié)束;充電時(shí),鋰金屬負(fù)極表面會(huì)以樹枝狀向正極生長(zhǎng),最終可能導(dǎo)致短路,存在安全隱患;鋰金屬與空氣中的水蒸氣、氮?dú)、二氧化碳都?huì)發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致負(fù)極材料消耗,最終使電池失效。研究人員改用多層次的大孔石墨烯作為正極材料,利用水和碘化鋰作為電解液添加劑,最終產(chǎn)生和分解的是氫氧化鋰,而不是此前電池中的過氧 化鋰。氫氧化鋰比過氧化鋰要穩(wěn)定,大大降低了電池中的副反應(yīng),提高了電池性能。其中碘化鋰除了幫助分解氫氧化鋰外,似乎還起到了保護(hù)鋰金屬負(fù)極的作用,使電池對(duì)于過量的水有一定的免疫性。
研究人員開發(fā)出的鋰—空氣電池模型蓄電能力約為3000瓦時(shí)/千克,是現(xiàn)有鋰離子電池的約8倍,可循環(huán)充放電上千次,首次循環(huán)充放電效率高達(dá)93%。 研究人員指出,這一工作為加快鋰—空氣電池的發(fā)展提供了許多新思路,比如使用多層次大孔石墨烯電極和電解液添加劑來改變電池反應(yīng)產(chǎn)物、減少電池副反應(yīng)、提高蓄電能力等。
據(jù)介紹,目前這種電池要想商業(yè)化依然有較多難題。電池的電流密度低,距離電動(dòng)汽車所需的電流密度還差很遠(yuǎn),可能至少還需10年的工作,才能將該電池變?yōu)榭捎糜谄嚒?/span>
小結(jié):
電池是電動(dòng)車的核心部件,直接決定了對(duì)電動(dòng)車來說最為關(guān)鍵的續(xù)航里程。隨著新能源逐漸升溫,對(duì)電池行業(yè)的投入也越來越大,未來幾年,電池技術(shù)將迎來快速的發(fā)展,遠(yuǎn)程電動(dòng)汽車將成為可能。
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